電気回路第1スライド6-1 電気回路第1 第6回 -リアクタンス- 目次 2前回の復習 3コイルの応答 4電圧の変化と応答 5正弦波電流と電圧 6インダクタンス回路 7誘導リアクタンス 8コンデンサの応答 9キャパシタンス回路 10容量リアクタンス 11今日のまとめ コイルの応答 電気回路第1 第6回 i 電流が変化すると、 妨げるように起電力 -リアクタンス- B 電流→中を通る磁界発生 前回の復習 電流の変化 (微分量) 誘導起電力 比例する電圧が発生。 電気回路第1スライド6-2-1 よく使う交流は正弦波である。これは、 周期的に振動しているのがポイント。 ①交流は振動する正弦波 ②図示するとこのグラフ。 ③電力を計算しようと考えます。 ④振幅のルート2分の1倍の実効値を用いる。 ! ! 前回の演習問題の答え です。 位相が一致することと、 周期的な正弦波のため 位相差が変わらないこと を区別しましょう。 コイルの応答 電気回路第1 第6回 i 電流が変化すると、 妨げるように起電力 -リアクタンス- 誘導起電力 B 電流→中を通る磁界発生 前回の復習 よく使う交流は正弦波である。 電流の変化 (微分量) 比例する電圧が発生。 電気回路第1スライド6-2-2 電圧 周期的に振動しているのがポイント。 電流 図では、 時間 抵抗に正弦波交流を 加えた場合ですが、 ①交流は振動する正弦波 ②図示するとこのグラフ。 ③電力を計算しようと考えます。 ④振幅のルート2分の1倍の実効値を用いる。 ! ! 前回の演習問題の答え です。 位相が一致することと、 周期的な正弦波のため 位相差が変わらないこと を区別しましょう。 コイルの応答 電気回路第1 第6回 i 電流が変化すると、 妨げるように起電力 -リアクタンス- 誘導起電力 B 電流→中を通る磁界発生 前回の復習 比例する電圧が発生。 電気回路第1スライド6-2-3 電圧 よく使う交流は正弦波。 周期的に振動している。 電流 時間 電力を計算してこの正弦 波の能力を見積もると ①交流は振動する正弦波 ②図示するとこのグラフ。 ③電力を計算しようと考えます。 ④振幅のルート2分の1倍の実効値を用いる。 電流の変化 (微分量) この電圧│E│ この電流│I│ の直流と同 程度の電力 ! ! 前回の演習問題の答え です。 位相が一致することと、 周期的な正弦波のため 位相差が変わらないこと を区別しましょう。 コイルの応答 電気回路第1 第6回 i 電流が変化すると、 妨げるように起電力 -リアクタンス- 誘導起電力 B 電流→中を通る磁界発生 前回の復習 電圧 周期的に振動している。 電流 ①交流は振動する正弦波 ②図示するとこのグラフ。 ③電力を計算しようと考えます。 ④振幅のルート2分の1倍の実効値を用いる。 比例する電圧が発生。 電気回路第1スライド6-2-4 よく使う交流は正弦波。 電力を計算してこの正弦 波の能力を見積もると 電流の変化 (微分量) ルート2分の1倍の実効値 が便利。 この電圧│E│ 時間 この電流│I│ の直流と同 程度の電力 抵抗接続の場合で位相が一致するため。 これは、 ! ! 前回の演習問題の答え です。 位相が一致することと、 周期的な正弦波のため 位相差が変わらないこと を区別しましょう。 前回の復習 電圧 ルート2分の1倍の実効値 この電圧│E│ よく使う交流は正弦波 周期的に振動している 電力を計算してこの正弦 波の能力を見積もると 電流 時間 この電流│I│ の直流と同程 度の電力 電流の変化と応答 e 電流 i 0 時間 0 時間 電圧 抵抗接続の場合で位相が一致するため。 コイルの応答 その微分量に比例する電 圧が発生するから、 e=L di dt とかける。 電気回路第1スライド6-3-1 まず、電流を流しましょう。 i すると、 B のように 電流 → 磁界発生 電流が流れると磁界が発生する。 ①電流を流すと右ねじ方向に磁界発生。 ②ぐるぐる巻きのコイルでは、磁界が中を通る。 ③電流が変化すると、磁界も変化し、誘導起電力。 ④誘導起電力で電流の微分に比例する電圧発生。 電流が変化すると ? 一応誘導起電力について 前回の復習 電圧 ルート2分の1倍の実効値 この電圧│E│ よく使う交流は正弦波 周期的に振動している 電力を計算してこの正弦 波の能力を見積もると 電流 時間 この電流│I│ の直流と同程 度の電力 電流の変化と応答 e 電流 i 0 時間 0 時間 電圧 電流が変化すると その微分量に比例する電 圧が発生するから、 e=L 抵抗接続の場合で位相が一致するため。 コイルの応答 dt とかける。 電気回路第1スライド6-3-2 では、 ぐるぐる巻きのコイルでは、 どうでしょうか? i B 電流 電流→中を通る磁界発生 → 磁界発生 ①電流を流すと右ねじ方向に磁界発生。 ②ぐるぐる巻きのコイルでは、磁界が中を通る。 ③電流が変化すると、磁界も変化し、誘導起電力。 ④誘導起電力で電流の微分に比例する電圧発生。 di ? 一応誘導起電力について 前回の復習 電圧 ルート2分の1倍の実効値 この電圧│E│ よく使う交流は正弦波 周期的に振動している 電力を計算してこの正弦 波の能力を見積もると 電流 時間 この電流│I│ の直流と同程 度の電力 電流の変化と応答 e 電流 i 0 時間 0 時間 電圧 抵抗接続の場合で位相が一致するため。 コイルの応答 妨げるように起電力 B 電流→中を通る磁界発生 ①電流を流すと右ねじ方向に磁界発生。 ②ぐるぐる巻きのコイルでは、磁界が中を通る。 ③電流が変化すると、磁界も変化し、誘導起電力。 ④誘導起電力で電流の微分に比例する電圧発生。 その微分量に比例する電 圧が発生するから、 e=L di dt とかける。 電気回路第1スライド6-3-3 今度は、ぐるぐる巻きのコイルでは、 電流が変化すると、 i 電流が変化すると ? 一応誘導起電力について 前回の復習 電圧 ルート2分の1倍の実効値 この電圧│E│ よく使う交流は正弦波 周期的に振動している 電力を計算してこの正弦 波の能力を見積もると 電流 時間 この電流│I│ の直流と同程 度の電力 電流の変化と応答 e 電流 i 0 時間 0 時間 電圧 抵抗接続の場合で位相が一致するため。 コイルの応答 その微分量に比例する電 圧が発生するから、 e=L di dt.
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電気回路第1スライド6-1
電気回路第1 第6回
-リアクタンス-
目次
2前回の復習
3コイルの応答
4電圧の変化と応答
5正弦波電流と電圧
6インダクタンス回路
7誘導リアクタンス
8コンデンサの応答
9キャパシタンス回路
10容量リアクタンス
11今日のまとめ
コイルの応答
電気回路第1 第6回
i
電流が変化すると、
妨げるように起電力
-リアクタンス-
B
電流→中を通る磁界発生
前回の復習
電流の変化
(微分量)
誘導起電力
比例する電圧が発生。
電気回路第1スライド6-2-1
よく使う交流は正弦波である。これは、
周期的に振動しているのがポイント。
①交流は振動する正弦波
②図示するとこのグラフ。
③電力を計算しようと考えます。
④振幅のルート2分の1倍の実効値を用いる。
! !
前回の演習問題の答え
です。
位相が一致することと、
周期的な正弦波のため
位相差が変わらないこと
を区別しましょう。
コイルの応答
電気回路第1 第6回
i
電流が変化すると、
妨げるように起電力
-リアクタンス-
誘導起電力
B
電流→中を通る磁界発生
前回の復習
よく使う交流は正弦波である。
電流の変化
(微分量)
比例する電圧が発生。
電気回路第1スライド6-2-2
電圧
周期的に振動しているのがポイント。
電流
図では、
0
時間
抵抗に正弦波交流を
加えた場合ですが、
①交流は振動する正弦波
②図示するとこのグラフ。
③電力を計算しようと考えます。
④振幅のルート2分の1倍の実効値を用いる。
! !
前回の演習問題の答え
です。
位相が一致することと、
周期的な正弦波のため
位相差が変わらないこと
を区別しましょう。
コイルの応答
電気回路第1 第6回
i
電流が変化すると、
妨げるように起電力
-リアクタンス-
誘導起電力
B
電流→中を通る磁界発生
前回の復習
比例する電圧が発生。
電気回路第1スライド6-2-3
電圧
よく使う交流は正弦波。
周期的に振動している。
電流
時間
0
電力を計算してこの正弦
波の能力を見積もると
①交流は振動する正弦波
②図示するとこのグラフ。
③電力を計算しようと考えます。
④振幅のルート2分の1倍の実効値を用いる。
電流の変化
(微分量)
この電圧│E│
この電流│I│
の直流と同
程度の電力
! !
前回の演習問題の答え
です。
位相が一致することと、
周期的な正弦波のため
位相差が変わらないこと
を区別しましょう。
コイルの応答
電気回路第1 第6回
i
電流が変化すると、
妨げるように起電力
-リアクタンス-
誘導起電力
B
電流→中を通る磁界発生
前回の復習
電圧
周期的に振動している。
電流
0
①交流は振動する正弦波
②図示するとこのグラフ。
③電力を計算しようと考えます。
④振幅のルート2分の1倍の実効値を用いる。
比例する電圧が発生。
電気回路第1スライド6-2-4
よく使う交流は正弦波。
電力を計算してこの正弦
波の能力を見積もると
電流の変化
(微分量)
ルート2分の1倍の実効値
が便利。
この電圧│E│
時間 この電流│I│
の直流と同
程度の電力
抵抗接続の場合で位相が一致するため。
これは、
! !
前回の演習問題の答え
です。
位相が一致することと、
周期的な正弦波のため
位相差が変わらないこと
を区別しましょう。
前回の復習
電圧
ルート2分の1倍の実効値
この電圧│E│
よく使う交流は正弦波
周期的に振動している
電力を計算してこの正弦
波の能力を見積もると
電流
0
時間
この電流│I│
の直流と同程
度の電力
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
抵抗接続の場合で位相が一致するため。
コイルの応答
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
di
dt とかける。
電気回路第1スライド6-3-1
まず、電流を流しましょう。
i
すると、
B のように
電流 → 磁界発生
電流が流れると磁界が発生する。
①電流を流すと右ねじ方向に磁界発生。
②ぐるぐる巻きのコイルでは、磁界が中を通る。
③電流が変化すると、磁界も変化し、誘導起電力。
④誘導起電力で電流の微分に比例する電圧発生。
電流が変化すると
?
一応誘導起電力について
前回の復習
電圧
ルート2分の1倍の実効値
この電圧│E│
よく使う交流は正弦波
周期的に振動している
電力を計算してこの正弦
波の能力を見積もると
電流
0
時間
この電流│I│
の直流と同程
度の電力
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
電流が変化すると
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
抵抗接続の場合で位相が一致するため。
コイルの応答
dt とかける。
電気回路第1スライド6-3-2
では、 ぐるぐる巻きのコイルでは、 どうでしょうか?
i
B
電流
電流→中を通る磁界発生
→ 磁界発生
①電流を流すと右ねじ方向に磁界発生。
②ぐるぐる巻きのコイルでは、磁界が中を通る。
③電流が変化すると、磁界も変化し、誘導起電力。
④誘導起電力で電流の微分に比例する電圧発生。
di
?
一応誘導起電力について
前回の復習
電圧
ルート2分の1倍の実効値
この電圧│E│
よく使う交流は正弦波
周期的に振動している
電力を計算してこの正弦
波の能力を見積もると
電流
0
時間
この電流│I│
の直流と同程
度の電力
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
抵抗接続の場合で位相が一致するため。
コイルの応答
妨げるように起電力
B
電流→中を通る磁界発生
①電流を流すと右ねじ方向に磁界発生。
②ぐるぐる巻きのコイルでは、磁界が中を通る。
③電流が変化すると、磁界も変化し、誘導起電力。
④誘導起電力で電流の微分に比例する電圧発生。
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
di
dt とかける。
電気回路第1スライド6-3-3
今度は、ぐるぐる巻きのコイルでは、
電流が変化すると、
i
電流が変化すると
?
一応誘導起電力について
前回の復習
電圧
ルート2分の1倍の実効値
この電圧│E│
よく使う交流は正弦波
周期的に振動している
電力を計算してこの正弦
波の能力を見積もると
電流
0
時間
この電流│I│
の直流と同程
度の電力
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
抵抗接続の場合で位相が一致するため。
コイルの応答
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
di
dt とかける。
電気回路第1スライド6-3-4
電流が変化すると、
i
電流が変化すると
妨げるように起電力
電流が変化
すると
の
実は微分量です。
(
)
誘導起電力
B
電流→中を通る磁界発生
①電流を流すと右ねじ方向に磁界発生。
②ぐるぐる巻きのコイルでは、磁界が中を通る。
③電流が変化すると、磁界も変化し、誘導起電力。
④誘導起電力で電流の微分に比例する電圧発生。
が発生する。
により電流の微分に
比例する電圧が発生。
?
一応誘導起電力について
正弦波電流と電圧
コイルの応答
i
電流が変化すると、
妨げるように起電力
電流
電流の変化
(微分量)
時間
時間を追って考えると、
I=I
m sin(ωt+θ) のとき
この時間に
このように
E cos(ωt+θ)
E=E
cos(ωt+θ)
0
電圧
誘導起電力
B
電流→中を通る磁界発生
正弦波の電流の場合
mm
0
比例する電圧が発生。
時間
正の電圧が出ていて
cos(ωt+θ)=sin
(ωt+θ+90゜)より
(前述のLを用いて)
さらに時間とともに…
=ωLI
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
m cos(ωt+θ)
電流の変化と応答 e
電気回路第1スライド6-4-1
先ほどのお話で、
iの変化
のように、電圧が発生しますが、
電流と電圧のグラフで考えます。
①電流の変化が電圧を発生させることを整理。
②電流が増加、減少すると、プラスとマイナスの電圧。
③電流の変化(微分量)に比例する電圧。
? !
一応誘導起電力について
(電流の)変化するとき
だけ電圧が出る効果は?
正弦波電流と電圧
コイルの応答
電流が変化すると、
i
妨げるように起電力
電流
電流の変化
(微分量)
時間
時間を追って考えると、
I=I
m sin(ωt+θ) のとき
この時間に
このように
E cos(ωt+θ)
E=E
cos(ωt+θ)
0
電圧
誘導起電力
B
電流→中を通る磁界発生
mm
0
比例する電圧が発生。
電流の変化と応答 e
電流
0
電圧
0
時間
時間
正の電圧が出ていて
cos(ωt+θ)=sin
(ωt+θ+90゜)より
(前述のLを用いて)
さらに時間とともに…
=ωLI
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
m cos(ωt+θ)
電気回路第1スライド6-4-2
のように、
iの変化
正弦波の電流の場合
電流が変化すると
電流の増加する 瞬間
プラスの、減るとき、負の
電圧が発生します。
時間
①電流の変化が電圧を発生させることを整理。
②電流が増加、減少すると、プラスとマイナスの電圧。
③電流の変化(微分量)に比例する電圧。
? !
一応誘導起電力について
(電流の)変化するとき
だけ電圧が出る効果は?
正弦波電流と電圧
コイルの応答
電流が変化すると、
i
妨げるように起電力
電流
電流の変化
(微分量)
時間
時間を追って考えると、
I=I
m sin(ωt+θ) のとき
この時間に
このように
E cos(ωt+θ)
E=E
cos(ωt+θ)
0
電圧
誘導起電力
B
電流→中を通る磁界発生
比例する電圧が発生。
電流の変化と応答 e
電流
iの変化
0
電圧
時間
mm
0
時間
時間
①電流の変化が電圧を発生させることを整理。
②電流が増加、減少すると、プラスとマイナスの電圧。
③電流の変化(微分量)に比例する電圧。
正の電圧が出ていて
cos(ωt+θ)=sin
(ωt+θ+90゜)より
(前述のLを用いて)
さらに時間とともに…
=ωLI
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
m cos(ωt+θ)
電気回路第1スライド6-4-3
電流が変化すると
その微分量に比例する
電圧が発生するから、
e=L
0
正弦波の電流の場合
di
dt とかける。
? !
一応誘導起電力について
(電流の)変化するとき
だけ電圧が出る効果は?
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
インダクタンス回路
電流が変化すると
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
di
dt とかける。
電力
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
正弦波電流と電圧
電流
時間
電気回路第1スライド6-5-1
正弦波の電流の場合
0
①コイルに正弦波の電流を流しましょう。
②時間を追うと、最初は電流増加でプラスの電圧。
③もう少しプラスで、ピーク以降はマイナスでと変化。
④電圧はImsinの微分にLを掛けたもの。
⑤計算して、ωLImcosとなります。
⑥コサインは90度足したもので位相が進んでいる。
?
サインとコサインの微分
について一応のべて…
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
インダクタンス回路
電流が変化すると
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
di
dt とかける。
電力
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
正弦波電流と電圧
電流
時間
0
正弦波の電流の場合
電圧を求めたいので、時間を追って考える。
電圧
0
電気回路第1スライド6-5-2
時間
①コイルに正弦波の電流を流しましょう。
②時間を追うと、最初は電流増加でプラスの電圧。
③もう少しプラスで、ピーク以降はマイナスでと変化。
④電圧はImsinの微分にLを掛けたもの。
⑤計算して、ωLImcosとなります。
⑥コサインは90度足したもので位相が進んでいる。
この時間に このように
正の電圧が出ていて
?
サインとコサインの微分
について一応のべて…
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
インダクタンス回路
電流が変化すると
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
di
dt とかける。
電力
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
正弦波電流と電圧
電流
時間
0
正弦波の電流の場合
電圧を求めたいので、時間を追って考える。
電圧
0
電気回路第1スライド6-5-3
時間
①コイルに正弦波の電流を流しましょう。
②時間を追うと、最初は電流増加でプラスの電圧。
③もう少しプラスで、ピーク以降はマイナスでと変化。
④電圧はImsinの微分にLを掛けたもの。
⑤計算して、ωLImcosとなります。
⑥コサインは90度足したもので位相が進んでいる。
この時間に このように
正の電圧が出ていて
さらに時間とともに…
?
サインとコサインの微分
について一応のべて…
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
インダクタンス回路
電流が変化すると
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
di
dt とかける。
電力
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
正弦波電流と電圧
電流
時間
正弦波の電流の場合
i=Im Isin(ωt+θ)
のとき
sin(ωt+θ)
m
diImImsin(ωt+θ)
Isin(ωt+θ)
e=L
m sin(ωt+θ)
dt
0
電圧
0
電気回路第1スライド6-5-4
時間
①コイルに正弦波の電流を流しましょう。
②時間を追うと、最初は電流増加でプラスの電圧。
③もう少しプラスで、ピーク以降はマイナスでと変化。
④電圧はImsinの微分にLを掛けたもの。
⑤計算して、ωLImcosとなります。
⑥コサインは90度足したもので位相が進んでいる。
?
サインとコサインの微分
について一応のべて…
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
インダクタンス回路
電流が変化すると
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
di
dt とかける。
電力
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
正弦波電流と電圧
電流
時間
正弦波の電流の場合
i=Im sin(ωt+θ) のとき
di
Im sin(ωt+θ)
です。
e=LEm cos(ωt+θ)
dt
0
電圧
0
電気回路第1スライド6-5-5
時間
①コイルに正弦波の電流を流しましょう。
②時間を追うと、最初は電流増加でプラスの電圧。
③もう少しプラスで、ピーク以降はマイナスでと変化。
④電圧はImsinの微分にLを掛けたもの。
⑤計算して、ωLImcosとなります。
⑥コサインは90度足したもので位相が進んでいる。
サインを微分して、
ここをEmとして
=ωLIm cos(ωt+θ)
?
サインとコサインの微分
について一応のべて…
電流の変化と応答
e
電流
i
0
時間
0
時間
電圧
インダクタンス回路
電流が変化すると
その微分量に比例する電
圧が発生するから、
e=L
di
dt とかける。
電力
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
正弦波電流と電圧
電流
時間
正弦波の電流の場合
i=Im sin(ωt+θ) のとき
di
Im sin(ωt+θ)
ですが、
e=LEm cos(ωt+θ)
dt
0
電圧
0
電気回路第1スライド6-5-6
ここで、cos(ωt+θ)=sin (ωt+θ+90゜)より
時間
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
①コイルに正弦波の電流を流しましょう。
②時間を追うと、最初は電流増加でプラスの電圧。
③もう少しプラスで、ピーク以降はマイナスでと変化。
④電圧はImsinの微分にLを掛けたもの。
⑤計算して、ωLImcosとなります。
⑥コサインは90度足したもので位相が進んでいる。
?
サインとコサインの微分
について一応のべて…
正弦波電流と電圧
電流
時間
誘導リアクタンス
正弦波の電流の場合
時間を追って考えると、
I=I
m sin(ωt+θ) のとき
この時間に
このように
E cos(ωt+θ)
E=E
cos(ωt+θ)
0
電圧
mm
0
時間
正の電圧が出ていて
cos(ωt+θ)=sin
(ωt+θ+90゜)より
(前述のLを用いて)
さらに時間とともに…
=ωLI
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
m cos(ωt+θ)
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
電圧と電流を考える。
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
インダクタンス回路
i
e
e
L
電気回路第1スライド6-6-1
これも回路というほどではあり
ませんがインダクタンス1個に
正弦波交流を加えてみます。
一応回路図を示して、
インダクタンスにかかる電圧が
eです。
①インダクタンスを接続した回路で電圧を解析。
②電圧と電流のグラフは以前示したもののとおり。
③電流に対し、電圧のコサインを掛けて電力を出す。
④計算するとこの角度が2倍になったサイン。
⑤図示のとおり、プラスやマイナスを激しく振動。
⑥平均電力ゼロ。インダクタンスは電力を消費しない。
?
sin×cosの計算について
正弦波電流と電圧
誘導リアクタンス
電流
正弦波の電流の場合
時間
インダクタンス回路
時間を追って考えると、
I=I
m sin(ωt+θ) のとき
この時間に
このように
E cos(ωt+θ)
E=E
cos(ωt+θ)
0
電圧
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
mm
0
時間
正の電圧が出ていて
cos(ωt+θ)=sin
(ωt+θ+90゜)より
(前述のLを用いて)
さらに時間とともに…
=ωLI
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
m cos(ωt+θ)
電圧と電流を考える。
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
インダクタンス回路
e
です。
電流
i
e
L
電気回路第1スライド6-6-2
電圧と電流を
0 プロットすると、
時間
0
時間
電圧
①インダクタンスを接続した回路で電圧を解析。
②電圧と電流のグラフは以前示したもののとおり。
③電流に対し、電圧のコサインを掛けて電力を出す。
④計算するとこの角度が2倍になったサイン。
⑤図示のとおり、プラスやマイナスを激しく振動。
⑥平均電力ゼロ。インダクタンスは電力を消費しない。
?
sin×cosの計算について
正弦波電流と電圧
誘導リアクタンス
電流
正弦波の電流の場合
時間
時間を追って考えると、
I=I
m sin(ωt+θ) のとき
この時間に
このように
E cos(ωt+θ)
E=E
cos(ωt+θ)
0
電圧
mm
0
時間
正の電圧が出ていて
cos(ωt+θ)=sin
(ωt+θ+90゜)より
(前述のLを用いて)
さらに時間とともに…
=ωLI
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
m cos(ωt+θ)
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
電圧と電流を考える。
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
インダクタンス回路
電流
i
e
e
L
0
電圧
0
①インダクタンスを接続した回路で電圧を解析。
②電圧と電流のグラフは以前示したもののとおり。
③電流に対し、電圧のコサインを掛けて電力を出す。
④計算するとこの角度が2倍になったサイン。
⑤図示のとおり、プラスやマイナスを激しく振動。
⑥平均電力ゼロ。インダクタンスは電力を消費しない。
電気回路第1スライド6-6-3
ですが、 i=Im sin(ωt+θ) のとき、
電圧は、
時間 e=Em cos(ωt+θ) なので
p=e×i で電力を求めて、
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
時間
?
sin×cosの計算について
正弦波電流と電圧
誘導リアクタンス
電流
正弦波の電流の場合
時間
時間を追って考えると、
I=I
m sin(ωt+θ) のとき
この時間に
このように
E cos(ωt+θ)
E=E
cos(ωt+θ)
0
電圧
mm
0
時間
正の電圧が出ていて
cos(ωt+θ)=sin
(ωt+θ+90゜)より
(前述のLを用いて)
さらに時間とともに…
=ωLI
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
m cos(ωt+θ)
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
電圧と電流を考える。
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
インダクタンス回路
電流
i
e
e
L
0
電圧
0
①インダクタンスを接続した回路で電圧を解析。
②電圧と電流のグラフは以前示したもののとおり。
③電流に対し、電圧のコサインを掛けて電力を出す。
④計算するとこの角度が2倍になったサイン。
⑤図示のとおり、プラスやマイナスを激しく振動。
⑥平均電力ゼロ。インダクタンスは電力を消費しない。
電気回路第1スライド6-6-4
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
時間 e=Em cos(ωt+θ) なので
p=e×i で電力を求めて、
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
時間
?
sin×cosの計算について
正弦波電流と電圧
誘導リアクタンス
電流
正弦波の電流の場合
時間
時間を追って考えると、
I=I
m sin(ωt+θ) のとき
この時間に
このように
E cos(ωt+θ)
E=E
cos(ωt+θ)
0
電圧
mm
0
時間
正の電圧が出ていて
cos(ωt+θ)=sin
(ωt+θ+90゜)より
(前述のLを用いて)
さらに時間とともに…
=ωLI
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
m cos(ωt+θ)
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
電圧と電流を考える。
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
インダクタンス回路
電流
電力
i
e
e
L
0
電圧
0
①インダクタンスを接続した回路で電圧を解析。
②電圧と電流のグラフは以前示したもののとおり。
③電流に対し、電圧のコサインを掛けて電力を出す。
④計算するとこの角度が2倍になったサイン。
⑤図示のとおり、プラスやマイナスを激しく振動。
⑥平均電力ゼロ。インダクタンスは電力を消費しない。
電気回路第1スライド6-6-5
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
時間 e=Em cos(ωt+θ) なので
p=e×i で電力を求めて、
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
時間
これを図示して
?
sin×cosの計算について
正弦波電流と電圧
電流
時間
誘導リアクタンス
正弦波の電流の場合
時間を追って考えると、
I=I
m sin(ωt+θ) のとき
この時間に
このように
E cos(ωt+θ)
E=E
cos(ωt+θ)
0
電圧
mm
0
時間
正の電圧が出ていて
cos(ωt+θ)=sin
(ωt+θ+90゜)より
(前述のLを用いて)
さらに時間とともに…
=ωLI
電圧は電流より90゜位相が進んでいる。
m cos(ωt+θ)
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
電圧と電流を考える。
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
時間 e=Em cos(ωt+θ) なので
p=e×i で電力を求めて、
0
電圧
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
0電力は消費されない。時間
平均(積分)したら ゼロ
電流
電力
i
e
電気回路第1スライド6-6-6
e
L
①インダクタンスを接続した回路で電圧を解析。
②電圧と電流のグラフは以前示したもののとおり。
③電流に対し、電圧のコサインを掛けて電力を出す。
④計算するとこの角度が2倍になったサイン。
⑤図示のとおり、プラスやマイナスを激しく振動。
⑥平均電力ゼロ。インダクタンスは電力を消費しない。
?
sin×cosの計算について
インダクタンス回路
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
電力
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
コンデンサの応答
電流
i
+Q
0
V
電圧
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
時間
0
ーQ
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
誘導リアクタンス
電気回路第1スライド6-7-1
インダクタンス回路 において電圧と電流を考える。
電流から考えると楽で、
i=Im sin(ωt+θ) とします。
①電圧と電流の関係を見ます。電流を設定します。
②Imsinのとき、電圧はωLImcosです。この振幅をEm。
③ここで、電圧を比べて、Em=ωLIm。
④実効値でも同じ式で、│E│=ωL│I│。
⑤抵抗の│E│=│I│Rと比べ、ωLが電流を邪魔。
⑥誘導リアクタンスと定義する。
? !
実効値の間の関係式
になるのは...
ωLで決まる誘導リアク
タンスが実際の系でどの
くらい効くか考えましょう。
コンデンサの応答
インダクタンス回路
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
電力
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
電流
i
+Q
0
V
ーQ
電圧
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
時間
0
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
誘導リアクタンス
電気回路第1スライド6-7-2
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
のとき、
e電圧は電流の微分で、
=Em cos(ωt+θ) とかける。
e=ωLIm cos(ωt+θ)
でしたが、電圧の振幅で
①電圧と電流の関係を見ます。電流を設定します。
②Imsinのとき、電圧はωLImcosです。この振幅をEm。
③ここで、電圧を比べて、Em=ωLIm。
④実効値でも同じ式で、│E│=ωL│I│。
⑤抵抗の│E│=│I│Rと比べ、ωLが電流を邪魔。
⑥誘導リアクタンスと定義する。
? !
実効値の間の関係式
になるのは...
ωLで決まる誘導リアク
タンスが実際の系でどの
くらい効くか考えましょう。
コンデンサの応答
インダクタンス回路
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
電力
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
電流
i
+Q
0
V
ーQ
電圧
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
時間
0
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
誘導リアクタンス
電気回路第1スライド6-7-3
インダクタンス回路
i=Iここで、
m sin(ωt+θ)
e =Em cos(ωt+θ)
と
比較して Em = ωL Im
と、電圧と電流は簡単な比例の式で表されます。
e=ωLIm cos(ωt+θ)
を
①電圧と電流の関係を見ます。電流を設定します。
②Imsinのとき、電圧はωLImcosです。この振幅をEm。
③ここで、電圧を比べて、Em=ωLIm。
④実効値でも同じ式で、│E│=ωL│I│。
⑤抵抗の│E│=│I│Rと比べ、ωLが電流を邪魔。
⑥誘導リアクタンスと定義する。
? !
実効値の間の関係式
になるのは...
ωLで決まる誘導リアク
タンスが実際の系でどの
くらい効くか考えましょう。
コンデンサの応答
インダクタンス回路
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
電力
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
電流
i
+Q
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
0
V
ーQ
時間
電圧
0
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
誘導リアクタンス
電気回路第1スライド6-7-4
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
e =Em cos(ωt+θ)
e=ωLIm cos(ωt+θ)
比較して Em = ωL
1
×―
して
Im 実効値
√2
Em = ωL Im
√2
√2
と、電圧と電流は簡単な比例の式で表されます。
ですが、振幅よりは実質的に意
味のある実効値に直しましょう。
これがそのまま実効値で、
①電圧と電流の関係を見ます。電流を設定します。
②Imsinのとき、電圧はωLImcosです。この振幅をEm。
③ここで、電圧を比べて、Em=ωLIm。
④実効値でも同じ式で、│E│=ωL│I│。
⑤抵抗の│E│=│I│Rと比べ、ωLが電流を邪魔。
⑥誘導リアクタンスと定義する。
? !
実効値の間の関係式
になるのは...
ωLで決まる誘導リアク
タンスが実際の系でどの
くらい効くか考えましょう。
コンデンサの応答
インダクタンス回路
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
電力
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
電流
i
+Q
0
V
ーQ
電圧
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
時間
0
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
誘導リアクタンス
電気回路第1スライド6-7-5
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
e =Em cos(ωt+θ)
e=ωLIm cos(ωt+θ)
比較して Em = ωL Im 実効値 Em = ωL Im
と、電圧と電流は簡単な比例の式で表されます。
ωLは抵抗のRに相当(単位Ω)で あって、
ここで、抵抗の場合の電圧と電流の関係、
電流の流れにくさを表しています。
E =R I と、 比較できます。 すると、
①電圧と電流の関係を見ます。電流を設定します。
②Imsinのとき、電圧はωLImcosです。この振幅をEm。
③ここで、電圧を比べて、Em=ωLIm。
④実効値でも同じ式で、│E│=ωL│I│。
⑤抵抗の│E│=│I│Rと比べ、ωLが電流を邪魔。
⑥誘導リアクタンスと定義する。
? !
実効値の間の関係式
になるのは...
ωLで決まる誘導リアク
タンスが実際の系でどの
くらい効くか考えましょう。
コンデンサの応答
インダクタンス回路
i
e
e
L
i=Im sin(ωt+θ) のとき、
電力
e=Em cos(ωt+θ) なので
時間
p=e×i で電力を求めて、
0
=Imsin(ωt+θ)Emcos(ωt+θ)
1
インダクタンスでは
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
電力は消費されない。
平均(積分)したら ゼロ
電流
i
+Q
0
V
ーQ
電圧
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
時間
0
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
誘導リアクタンス
電気回路第1スライド6-7-6
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
e =Em cos(ωt+θ)
e=ωLIm cos(ωt+θ)
比較して Em = ωL Im 実効値 Em = ωL Im
誘導リアクタンス
XL=ωLこれ
[Ω] と定義すると
ωLは抵抗のRに相当(単位Ω)で
は、
電流の流れにくさを表しています。
す。
①電圧と電流の関係を見ます。電流を設定します。
②Imsinのとき、電圧はωLImcosです。この振幅をEm。
③ここで、電圧を比べて、Em=ωLIm。
④実効値でも同じ式で、│E│=ωL│I│。
⑤抵抗の│E│=│I│Rと比べ、ωLが電流を邪魔。
⑥誘導リアクタンスと定義する。
? !
実効値の間の関係式
になるのは...
ωLで決まる誘導リアク
タンスが実際の系でどの
くらい効くか考えましょう。
誘導リアクタンス
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
キャパシタンス回路
電圧と電流を考える。
電力
i
e
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
C
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
時間
P=e×i
0
=Em sin(ωt+θ)
×I cos(ωt+θ)
1 m
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
キャパシタンスでも電力
もちろん平均(積分) ゼロ
は消費されない。
コンデンサの応答
今度はコンデンサ
を考えます。
+Q
V
ちょっと極端ですが、
大きい極板のコンデンサ
ーQ
を持ってきました。
電気回路第1スライド6-8-1
コンデンサ(キャパシタンス)では、
電荷をためて電圧を発生するから
Q=CV (覚えているはずです。)
①コンデンサでは極板に電荷を溜め込んでQ=CV。
②微分して、電荷が動くとQが変化、i=CdV/dt。
③電圧をsinωtとすると、微分してi=ωCcosωt。
④グラフはコイルと逆に電圧は電流より90°遅れる。
?
コンデンサについて
(余計なリンク?)
誘導リアクタンス
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
キャパシタンス回路
電圧と電流を考える。
電力
i
e
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
C
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
時間
P=e×i
0
=Em sin(ωt+θ)
×I cos(ωt+θ)
1 m
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
キャパシタンスでも電力
もちろん平均(積分) ゼロ
は消費されない。
コンデンサの応答
Q QQQ
QQQ Q
QQi
QQ
Q +Q
Q
V
Q ーQ
Q
QQ QQQQQQQQQ
Q=CV
電気回路第1スライド6-8-2
これを微分して、
dQ
dV
―
= C ― ですが、Qの変化は、
i
dt
dt
電荷の移動が電流だったことを思い出して
電流が電圧の微分で表されました。
①コンデンサでは極板に電荷を溜め込んでQ=CV。
②微分して、電荷が動くとQが変化、i=CdV/dt。
③電圧をsinωtとすると、微分してi=ωCcosωt。
④グラフはコイルと逆に電圧は電流より90°遅れる。
?
コンデンサについて
(余計なリンク?)
誘導リアクタンス
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
キャパシタンス回路
電圧と電流を考える。
電力
i
e
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
C
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
時間
P=e×i
0
=Em sin(ωt+θ)
×I cos(ωt+θ)
1 m
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
キャパシタンスでも電力
もちろん平均(積分) ゼロ
は消費されない。
コンデンサの応答
電流
i
+Q
V
ーQ
電気回路第1スライド6-8-3
0
時間
Q=CV
これを微分して、
電圧
時間
dQ
dV
―
=C―
dti 0 dt ですが、Qの変化は、
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
電流が電圧の微分で表されました。
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
①コンデンサでは極板に電荷を溜め込んでQ=CV。
②微分して、電荷が動くとQが変化、i=CdV/dt。
③電圧をsinωtとすると、微分してi=ωCcosωt。
④グラフはコイルと逆に電圧は電流より90°遅れる。
?
コンデンサについて
(余計なリンク?)
誘導リアクタンス
インダクタンス回路
i=Im sin(ωt+θ)
E=Em cos(ωt+θ)
= ωLIm cos(ωt+θ)
キャパシタンス回路
電圧と電流を考える。
電力
i
e
比較して Em = ωL Im 実効値 E = ωL I
誘導リアクタンス XL=ωL [Ω] は、
電流の流れにくさを表しています。
コンデンサの応答
電流
i
+Q
V
ーQ
C
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
時間
P=e×i
0
=Em sin(ωt+θ)
×I cos(ωt+θ)
1 m
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
キャパシタンスでも電力
もちろん平均(積分) ゼロ
は消費されない。
電気回路第1スライド6-8-4
見比べて、
電圧は電流よ
0
時間 り90゜位相が
Q=CV これを微分して、 遅れている。
電圧
時間
dQ
dV
―
=C―
dti 0 dt ですが、Qの変化は、
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
電流が電圧の微分で表されました。
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
①コンデンサでは極板に電荷を溜め込んでQ=CV。
②微分して、電荷が動くとQが変化、i=CdV/dt。
③電圧をsinωtとすると、微分してi=ωCcosωt。
④グラフはコイルと逆に電圧は電流より90°遅れる。
?
コンデンサについて
(余計なリンク?)
コンデンサの応答
容量リアクタンス
電流
i
+Q
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
0
V
時間
電圧
0
ーQ
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
キャパシタンス回路
e=Em sin(ωt+θ)
i=ωCEmcos(ωt+θ)
=Im cos(ωt+θ)
Im=ωCEmより、
キャパシタンス回路
i
e
C
0
①今度はキャパシタンス回路で、電圧電流を図示。
②電力を計算。e×iは同様にサイン×コサイン。
③sin(2ωt…となります。電力のグラフもほとんど同じ。
④当然平均した電力もゼロ。
Im
実効値
I =
E
ωC
ωC
1
容量リアクタンス XC= ωC [Ω] が
電流の流れにくさを表しています。
電気回路第1スライド6-9-1
電流
今度はキャパシタンスの消費電力
こちらも、
時間
を考えたいので、キャパシタンス1個
をつないだ回路を考えます。
0
電圧
先ほどのスライドで
電圧を先にsinと決めたら
図でも、
電流が微分量のcosでしたから、
比較して Em =
時間
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
コンデンサの応答
容量リアクタンス
電流
i
+Q
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
0
V
時間
電圧
0
ーQ
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
キャパシタンス回路
e=Em sin(ωt+θ)
i=ωCEmcos(ωt+θ)
=Im cos(ωt+θ)
Im=ωCEmより、
キャパシタンス回路
時間
e
C
電圧
①今度はキャパシタンス回路で、電圧電流を図示。
②電力を計算。e×iは同様にサイン×コサイン。
③sin(2ωt…となります。電力のグラフもほとんど同じ。
④当然平均した電力もゼロ。
実効値
I =
E
ωC
ωC
1
容量リアクタンス XC= ωC [Ω] が
電流の流れにくさを表しています。
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
ですが、ここで電力を
p=e×i
を計算して、
計算しましょう。
=Em sin(ωt+θ)
×Im cos(ωt+θ)
0
0
Im
電気回路第1スライド6-9-2
電流
i
比較して Em =
時間
コンデンサの応答
容量リアクタンス
電流
i
+Q
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
0
V
時間
電圧
0
ーQ
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
キャパシタンス回路
e=Em sin(ωt+θ)
i=ωCEmcos(ωt+θ)
=Im cos(ωt+θ)
Im=ωCEmより、
キャパシタンス回路
時間
e
C
0
電圧
0
①今度はキャパシタンス回路で、電圧電流を図示。
②電力を計算。e×iは同様にサイン×コサイン。
③sin(2ωt…となります。電力のグラフもほとんど同じ。
④当然平均した電力もゼロ。
Im
実効値
I =
E
ωC
ωC
1
容量リアクタンス XC= ωC [Ω] が
電流の流れにくさを表しています。
電気回路第1スライド6-9-3
電流
電力
i
比較して Em =
時間
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
p=e×i
=Em sin(ωt+θ)
×Im cos(ωt+θ)
1
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
コンデンサの応答
容量リアクタンス
電流
i
+Q
電圧は電流よ
り90゜位相が
時間 遅れている。
0
V
時間
電圧
0
ーQ
電圧が、E=Em sin(ωt+θ)ならば、微分して、
i=ωCEm cos(ωt+θ)=Im cos(ωt+θ)です。
キャパシタンス回路
e=Em sin(ωt+θ)
i=ωCEmcos(ωt+θ)
=Im cos(ωt+θ)
Im=ωCEmより、
キャパシタンス回路
時間
e
C
Im
実効値
I =
E
ωC
ωC
1
容量リアクタンス XC= ωC [Ω] が
電流の流れにくさを表しています。
電気回路第1スライド6-9-4
電流
電力
i
比較して Em =
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
p=e×i
=Em sin(ωt+θ)
電圧
×Im cos(ωt+θ)
1
=―
I E sin(2ωt+2θ)
キャパシタンスでも電力
0
時間
2 m m
は消費されない。
もちろん平均(積分)ゼロ
0
①今度はキャパシタンス回路で、電圧電流を図示。
②電力を計算。e×iは同様にサイン×コサイン。
③sin(2ωt…となります。電力のグラフもほとんど同じ。
④当然平均した電力もゼロ。
キャパシタンス回路
電力
i
e
C
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
時間
P=e×i
0
=Em sin(ωt+θ)
×I cos(ωt+θ)
1 m
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
キャパシタンスでも電力
もちろん平均(積分) ゼロ
は消費されない。
今日のまとめ
抵抗
電圧と電流の位相 電流の流れにくさ
位相が同じ(同相) 抵抗 R
インダクタンス
電圧が90゜進む
誘導リアクタンス ωL
キャパシタンス
電圧が90゜遅れる
容量リアクタンス
容量リアクタンス
1
―
ωC
電気回路第1スライド6-10-1
キャパシタンス回路 でも電圧と電流を考えましょう。
①誘導リアクタンスに当たるものを考えましょう。
②電圧と電流の係数部分を比べる。実効値の関係。
③分母の1/ωCが容量リアクタンス、単位Ω。
!
今度は容量リアクタンス
の効き方と実際のCの値
などについて
キャパシタンス回路
電力
i
e
C
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
時間
P=e×i
0
=Em sin(ωt+θ)
×I cos(ωt+θ)
1 m
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
キャパシタンスでも電力
もちろん平均(積分) ゼロ
は消費されない。
今日のまとめ
抵抗
電圧と電流の位相 電流の流れにくさ
位相が同じ(同相) 抵抗 R
インダクタンス
電圧が90゜進む
誘導リアクタンス ωL
キャパシタンス
電圧が90゜遅れる
容量リアクタンス
容量リアクタンス
1
―
ωC
電気回路第1スライド6-10-2
キャパシタンス回路
電圧から考えて、
e=Em sin(ωt+θ)
のとき
Im
比較して
ですが、 Em =
i=ωCEmcos(ωt+θ)
電流は微分して、
ωC
=Im cos(ωt+θ)
と書き換えますから、
Im=ωCEmより、
①誘導リアクタンスに当たるものを考えましょう。
②電圧と電流の係数部分を比べる。実効値の関係。
③分母の1/ωCが容量リアクタンス、単位Ω。
もちろん、
実効値 Em =
に直して、
√2
Im
ωC
!
√2
今度は容量リアクタンス
の効き方と実際のCの値
などについて
キャパシタンス回路
電力
i
e
C
e=Em sin(ωt+θ)
i=Im cos(ωt+θ)
時間
P=e×i
0
=Em sin(ωt+θ)
×I cos(ωt+θ)
1 m
=― Im Em sin(2ωt+2θ)
2
キャパシタンスでも電力
もちろん平均(積分) ゼロ
は消費されない。
容量リアクタンス
今日のまとめ
抵抗
電圧と電流の位相 電流の流れにくさ
位相が同じ(同相) 抵抗 R
インダクタンス
電圧が90゜進む
誘導リアクタンス ωL
キャパシタンス
電圧が90゜遅れる
容量リアクタンス
1
―
ωC
電気回路第1スライド6-10-3
キャパシタンス回路
I
e=Em sin(ωt+θ)
Im
比較して Em =
実効値 Em =
i=ωCEmcos(ωt+θ)
ωC
ωC
1
1
=Im cos(ωt+θ)
今度は、
すると、 容量リアクタンス
が抵抗のRに相当(単位Ω)
X =
[Ω]
Im=ωCEmより、
が
C
ωC
ωC
電流の流れにくさを表しています。
①誘導リアクタンスに当たるものを考えましょう。
②電圧と電流の係数部分を比べる。実効値の関係。
③分母の1/ωCが容量リアクタンス、単位Ω。
!
今度は容量リアクタンス
の効き方と実際のCの値
などについて
容量リアクタンス
キャパシタンス回路
e=Em sin(ωt+θ)
i=ωCEmcos(ωt+θ)
=Im cos(ωt+θ)
Im=ωCEmより、
比較して Em =
Im
実効値
I =
E
ωC
ωC
1
容量リアクタンス XC= ωC [Ω] が
電流の流れにくさを表しています。
スライドを終了します。
今日のまとめ
電気回路第1スライド6-11-1
抵抗、インダクタンス、キャパシタンス回路をまとめると
①抵抗とインダクタンス、キャパシタンスを比較します。
②抵抗だと同じ位相が、インダクタンスで電圧が90゜進む。
③抵抗Rに当たる電流の流れにくさ、リアクタンスがωL。
④キャパシタンスでは電圧が遅れ、リアクタンス1/ωC。
⑤下2つでは電力消費ゼロ。
? !
わからなければ最初に
戻ります。
来週までの演習課題です。
容量リアクタンス
キャパシタンス回路
e=Em sin(ωt+θ)
i=ωCEmcos(ωt+θ)
=Im cos(ωt+θ)
Im=ωCEmより、
比較して Em =
Im
実効値
I =
E
スライドを終了します。
ωC
ωC
1
容量リアクタンス XC= ωC [Ω] が
電流の流れにくさを表しています。
今日のまとめ
電気回路第1スライド6-11-2
電圧と電流の位相
抵抗
位相が同じ(同相)
インダクタンス
電圧が90゜進む
①抵抗とインダクタンス、キャパシタンスを比較します。
②抵抗だと同じ位相が、インダクタンスで電圧が90゜進む。
③抵抗Rに当たる電流の流れにくさ、リアクタンスがωL。
④キャパシタンスでは電圧が遅れ、リアクタンス1/ωC。
⑤下2つでは電力消費ゼロ。
? !
わからなければ最初に
戻ります。
来週までの演習課題です。
容量リアクタンス
キャパシタンス回路
e=Em sin(ωt+θ)
i=ωCEmcos(ωt+θ)
=Im cos(ωt+θ)
Im=ωCEmより、
比較して Em =
Im
実効値
I =
E
スライドを終了します。
ωC
ωC
1
容量リアクタンス XC= ωC [Ω] が
電流の流れにくさを表しています。
今日のまとめ
電気回路第1スライド6-11-3
電圧と電流の位相 電流の流れにくさ
抵抗
位相が同じ(同相) 抵抗 R
インダクタンス
電圧が90゜進む
①抵抗とインダクタンス、キャパシタンスを比較します。
②抵抗だと同じ位相が、インダクタンスで電圧が90゜進む。
③抵抗Rに当たる電流の流れにくさ、リアクタンスがωL。
④キャパシタンスでは電圧が遅れ、リアクタンス1/ωC。
⑤下2つでは電力消費ゼロ。
誘導リアクタンス ωL
? !
わからなければ最初に
戻ります。
来週までの演習課題です。
容量リアクタンス
キャパシタンス回路
e=Em sin(ωt+θ)
i=ωCEmcos(ωt+θ)
=Im cos(ωt+θ)
Im=ωCEmより、
比較して Em =
Im
実効値
I =
E
スライドを終了します。
ωC
ωC
1
容量リアクタンス XC= ωC [Ω] が
電流の流れにくさを表しています。
今日のまとめ
電気回路第1スライド6-11-4
電圧と電流の位相 電流の流れにくさ
抵抗
位相が同じ(同相) 抵抗 R
インダクタンス
電圧が90゜進む
誘導リアクタンス ωL
1
キャパシタンス 電圧が90゜遅れる 容量リアクタンス―
ωC
①抵抗とインダクタンス、キャパシタンスを比較します。
②抵抗だと同じ位相が、インダクタンスで電圧が90゜進む。
③抵抗Rに当たる電流の流れにくさ、リアクタンスがωL。
④キャパシタンスでは電圧が遅れ、リアクタンス1/ωC。
⑤下2つでは電力消費ゼロ。
? !
わからなければ最初に
戻ります。
来週までの演習課題です。
容量リアクタンス
キャパシタンス回路
e=Em sin(ωt+θ)
i=ωCEmcos(ωt+θ)
=Im cos(ωt+θ)
Im=ωCEmより、
比較して Em =
Im
実効値
I =
E
スライドを終了します。
ωC
ωC
1
容量リアクタンス XC= ωC [Ω] が
電流の流れにくさを表しています。
今日のまとめ
電気回路第1スライド6-11-5
電圧と電流の位相 電流の流れにくさ
抵抗
位相が同じ(同相) 抵抗 R
インダクタンス
電圧が90゜進む
誘導リアクタンス ωL
1
キャパシタンス 電圧が90゜遅れる 容量リアクタンス―
ωC
①抵抗とインダクタンス、キャパシタンスを比較します。
②抵抗だと同じ位相が、インダクタンスで電圧が90゜進む。
③抵抗Rに当たる電流の流れにくさ、リアクタンスがωL。
④キャパシタンスでは電圧が遅れ、リアクタンス1/ωC。
⑤下2つでは電力消費ゼロ。
? !
わからなければ最初に
戻ります。
来週までの演習課題です。
電気回路第1スライド付録
補足1 誘導起電力
電磁誘導(誘導起電力)
高校の物理で少なくともここまでは行っておいて欲しいですね、電磁
気学ではちゃんと学習するはずです。ここでは、コイルに磁石を入れ
ると、面白いことに磁石が入っていても、入っていなくっても何も起きま
せんが、出し入れしている瞬間だけ、コイルに電圧が発生します。電
流が発生するのではありません。もちろん外に小さな抵抗をつないで
あげれば電流がとれます。
出し入れ(移動)
N
S
起電力=電圧
!!
わかったら(でなくっても)
ここをクリックしてもとの
スライドに帰りましょう。
電気回路第1スライド付録
補足2 正弦関数と微分
微分量の利用
微分とか積分とかは、物理(力学)のF=maとかで有名なニュートンに
さかのぼるもので、もともと位置を時間で微分して速度v=dx/dtともち
ろん、(速度に比べいいかげんなネーミングの)加速度もa=dv/dtでつ
くられました。電流が電荷の移動で与えられたとすると、1時間に何億
個(何兆、何京)個の電荷(電子)が合計で動いたかではなく、ある一
瞬でどの位の速度(のようなもの=1秒あたりいくつのレートでその瞬
間電子が移動しているか)をもちいます。
sin(ωt) cos (ωt) の微分
sin ―微分する→ cos 、 cos ―微分する→ -sin
は覚えていると思います。むしろsin(ωt)、と角周波
数ωが入っている点に留意してください。ωが外に
出ますから角周波数(もちろん周波数にも)依存す
る値の電圧(電流、リアクタンス)となります。
!!
わかったら(でなくっても)
ここをクリックしてもとの
スライドに帰りましょう。
電気回路第1スライド付録
補足3 sin(ωt)cos(ωt)
とりあえず加法定理
これだけは覚えておいて、
sin(α+β)=sin α cos β +cos α sin β
と多分これもと
cos(α+β)=cos α cos β -sin αsin β
①
②
sin(ωt)cos(ωt)
上の①でα=β=ωt+θとおいて
sin(2ωt+2θ)=2sin (ωt+θ) cos(ωt+θ)
ですから電力は
Im×Emsin(2ωt+2θ)/2
③
④
!!
わかったら(でなくっても)
ここをクリックしてもとの
スライドに帰りましょう。
電気回路第1スライド付録
補足4 実効値の間の関係式になる。
時間の関数と強調し、電圧と電流の関係が、 電流
i(t) =Im sin(ωt+θ)
①
e(t) =Em cos(ωt+θ)
②
=ωLIm cos(ωt+θ)
③
で与えられるとき(インダクタンスの場合)、
電圧と電流の関係は、抵抗のように
e(t) =Rもどきi(t)
④
電圧
とすることはできません。刻一刻と関係も変
化して、例えば電流ゼロ、電圧Emとなるケー
スすらあります。黄色の電流を何倍しても位
相の違う電圧にはなりません。
ここでは、電圧と電流の振幅に注目すると、
これらは、位相を含まない量なので、初めて
簡単な比例の式、
Em =RもどきIm
⑤
が成立します。色を付けていません。もちろ
ん、実効値で評価したいですからルート2で
割って、実効値の関係式として、実効値の
間の比例係数が誘導リアクタンスωLです。
Im
時間
0
ωLIm
0
時間
-ωLIm
!!
わかったら(でなくっても)
ここをクリックしてもとの
スライドに帰りましょう。
電気回路第1スライド付録
補足5 静電気とコンデンサ
(くだらない高校の復習です。もどっていただい
て結構です。)古典的なコンデンサは、薄っぺら
い極板2枚をうんと近づけます。(必要なら間に
何かをはさみます。)電圧を掛けますと導線の部
分は電流をどんどん流して電圧が一定になりま
すから、必然的に極板間に電源と同じ電圧Vが
かかります。その際上下の極板には正と負の電
荷Qがたまります。このQと電圧の比例係数から
キャパシタンスCが定義されて、
Q =CV
①
となります。あとは電荷の流れが電流ですから、
極板の電荷量の変化は極板に出入りする電流
となります。例として、(例外的に熱心な学生で)
教室が満員でも入り口に出入りする人はいませ
んが、前後ではたくさん出入りします。ですが、
これからは、変化量はすぐに微分してと議論を
始めます。①は微分して、
dV
i =C――
②
dt
となります。
+Q
V
ーQ
!!
わかったら(でなくっても)
ここをクリックしてもとの
スライドに帰りましょう。
電気回路第1スライド付録
発展1 前回からの演習問題の解答
[1] 実効電圧100 [V]、0 [s]に初期位相π/6、周波
数60 [Hz] の正弦波交流のグラフを書きましょう。
この問題のポイントは、(1)実効電圧 100 [V] の正弦波交流
なので振幅は√2倍の 141 [V] であること、(2)周波数 60
[Hz] なので、1周期は、60分の1秒です。(3)初期位相を与え
ましたから、サインの始まったばかりのπ/6(もちろん30°で
す。)を入れることが必要です。これは2πの12分の1ですから、
720分の1秒でしょうか。ある程度数値が入ってないとグラフに -
なっていませんので注意してください。
i
e
R
i [A]
√3
1
0
1
240
e [V]
141
70.7
0 1
1
360 1
720
144
-141
17
720
1
90
7
360
11
720
23
720
t [s]
[2] 左の回路に周波数60 [Hz] の正弦波交流電圧を加えたところ、0 [s] に 1 [A]、
1 [s] に √
3 [A]の電流が流れたとする。このときの電圧の実効値を求めなさい。
240
グラフ要りませんね。60 [Hz] ですから、角周波数は、ω=2πf=120πで、電流i=Imsin(120πt+θ)
とおきます。これに、t=0を代入して、
Imsin(120π×0+θ)=Imsinθ=1
①
となり、t=1/240を代入して、
Imsin(120π×1/240+θ)=Imsin(π/2+θ)=Imcosθ= 3 ②√
が得られます。①と②をそれぞれ2乗して加えると、
[Imsinθ]2+[Imcosθ]2=Im2[sin2θ+cos2θ]=Im2=12+ 3 ③√2
ですから、Im= 2 です。実効値に直して│I│= 2 √になります。
見終わったら、ここを
電圧の実効値を求めたいので、
t [s]
クリックして帰りましょう。
│E│=│I│Rから、
│E│= 2√R となります。
!!
電気回路第1スライド付録
発展3 変化するときだけ電圧
[1] 実効電圧100 [V]、0 [s]に初期位相π/6、周波
数60 [Hz] の正弦波交流のグラフを書きましょう。
この問題のポイントは、(1)実効電圧 100 [V] の正弦波交流
なので振幅は√2倍の 141 [V] であること、(2)周波数 60
[Hz] なので、1周期は、60分の1秒です。(3)初期位相を与え
ましたから、サインの始まったばかりのπ/6(もちろん30°で
す。)を入れることが必要です。これは2πの12分の1ですから、
720分の1秒でしょうか。ある程度数値が入ってないとグラフに -
なっていませんので注意してください。
i
e
R
i [A]
3
1
0
1
240
e [V]
141
70.7
0 1
1
360 1
720
144
-141
17
720
1
90
7
360
11
720
23
720
t [s]
[2] 左の回路に周波数60 [Hz] の正弦波交流電圧を加えたところ、0 [s] に 1 [A]、
1 [s] に 3 [A]の電流が流れたとする。このときの電圧の実効値を求めなさい。
240
グラフ要りませんね。60 [Hz] ですから、角周波数は、ω=2πf=120πで、電流i=Imsin(120πt+θ)
とおきます。これに、t=0を代入して、
Imsin(120π×0+θ)=Imsinθ=1
①
となり、t=1/240を代入して、
Imsin(120π×1/240+θ)=Imsin(π/2+θ)=Imcosθ=3
②
が得られます。①と②をそれぞれ2乗して加えると、
[Imsinθ]2+[Imcosθ]2=Im2[sin2θ+cos2θ]=Im2=12+32 ③
ですから、Im=√10 です。実効値に直して│I│=√5 になります。
見終わったら、ここを
電圧の実効値を求めたいので、
t [s]
クリックして帰りましょう。
│E│=│I│Rから、
│E│=√5 R となります。
!!
電気回路第1スライド付録
発展2 位相を間違わない
これは99年のレポートのうちの1つです。今回
のインダクタンスの回路の応答を先取りして
示してくれたのでしょう。(グラフは合っている
ことにしましょう。)でも位相は同じではないで
すね。例の周期的振動ということから電圧と電
流のずれは、もちろん一定ですね。位相差は
ずっと変わらないというのが正しいようです。
!!
見終わったら、ここを
クリックして帰りましょう。
電気回路第1スライド付録
発展6 次回までの演習問題
[1] まず、インダクタンス 1 [mH] のコイルに交流 60 [Hz] を加えた場合の誘導リアクタン
スはいくらか。では、誘導リアクタンスを 1 [Ω] とするためにはどのような交流を印加す
るとよいか。
[2] 身の回りで電気機器をつくると浮遊容量(右図の薄い青で示
した配線などと接地の間に生じる容量)というものがあってせっ
かく加えた電源や信号をロスしてしまいます。では、この浮遊容
量が 30 [pF] (=3×10-11 F) のとき、60 [Hz] の交流電源と、100
[MHz] の信号それぞれに対する容量リアクタンスを求めなさい。
!!
見終わったら、ここを
クリックして帰りましょう。
電気回路第1スライド付録
発展4 誘導リアクタンスの効果
誘導リアクタンスXL=jωLとなりました
XL
が、これは、周波数が小さいとぜんぜん
効かない(ただの導線)のに対し周波数
がすごく高くなるとほとんど電流を通さな
い(開放)のように振舞います。
身近にあるものとしては、電池の直
流はゼロヘルツと考えます。もちろんLは
効きません。線の長さとかは抵抗の損失
分とかだけ考えればOKです。その辺の
電源コンセントも似たりで、60Hzというの
はかなり低い周波数で、パソコンの電源
50~60 Hz
~500 MHz 0.8~1.5 GHz
0
線などもかなりいいかげんに(無駄に長
(商用電源)
(コンピュータ等)
(携帯電話等)
いもの)作ってあります。60Hzなんかは低 (直流)
周波などと呼ばれます。一方このパソコンの中にいたると数百
MHzのCPUのほかにほとんどの回路を数十MHzで動かしてい
ます。さっきの電源の100万倍Lがよく効きます。ICの中身はじつ
は真中のほんの数ミリのところに回路がつくり込まれています。
見終わったら、ここを
Lの寄与も抑えています。抵抗などもチップ抵抗といって導線部
クリックして帰りましょう。
分のないものを使ったりします。また、携帯電話の通信は800M
か1.5GHzですから数センチのアンテナで十分なLがあります。
!!
電気回路第1スライド付録
発展5 容量リアクタンスの効果他
容量リアクタンスXC=1/jωCとなって、
XL
周波数が小さいとほとんど開放、高周波
だとつうつうに漏れるというは素子です。
ゼロ周波数の電池もコンデンサのほ
ぼお仲間です。比較的大きいですね。周
波数の低いところでつかうコンデンサは
なかの詰め物を工夫したり電極を巻物の
ように巻いたり大変な思いをして作ってい
ます。それでも容量はμF にしかなりませ
ん。一方周波数があがると平行平板コン
デンサに近い、丸電極2枚を重ねたコン
50~60 Hz
0
デンサっていうのでもOKです。そうなると、
(商用電源)
(直流)
1000 [pF] とかでしょうか。
どういうわけか、この業界では、mF
とか nF というのをあまり使わずに、
1000 μF とか、1000 pF と言ったりします。
部品屋さんなどと付き合うときは注意で
す。さらに、ショップではきっかり 1.00 μF
といって売ってはくれないのでもうひとつ
注意です。
~500 MHz
(コンピュータ等)
!!
見終わったら、ここを
クリックして帰りましょう。