電磁気

コイルに蓄えられるエネルギー

今回はコイルのあまのじゃくな性質を,エネルギーの観点から見ていくことにします!

スイッチを切ると電球が光る!?

以下のような回路を考えます。

スイッチを入れてから十分時間が経っているとき,電球は点灯しません(点灯しない理由がわからない人は,自己誘導の記事を読んでください)。

ところがこの状態からスイッチを切ると,電球が一瞬だけ光ります! スイッチを切ったのに光る…?

何も知らない人には不思議な話に聞こえるかもしれませんが,ここまでちゃんとコイルについて勉強してきた人ならば,理解できるはず。 そう! 自己誘導ですよね!!

さて,いまの現象をエネルギーの観点から見るとどうでしょう? 電球が光ったということは,光エネルギーが発生したことに他なりませんが,何もないところからエネルギーは出てきません(エネルギー保存の法則!)。

考えられるのは,

① 仕事が光エネルギーに変換された

② 他のエネルギーが光エネルギーに変換された

の2択です。 ところがいまの場合,①はありえません。 回路で仕事をするのは電池(電荷を移動させる仕事をしている)ですが,スイッチを切ってしまったら電池は仕事ができないからです!

すると光エネルギーの出どころは②ということになりますが,コイルの誘導電流によって電球が光ったことを考えれば,“コイルがエネルギーをもっていた” と考えるのが自然。


コイルのエネルギー

コンデンサーに蓄えられるエネルギーは「静電エネルギー」という名前が与えられていますが,コイルの方は特に名付けられていません(T_T)

コイルに蓄えられるエネルギーは以下の式で与えられます。

いまの段階ではとりあえず式を言えるようにしておけばOK。

(※ 本当はちゃんと「電池が自己誘導起電力に逆らってした仕事」を計算して,このUが得られることを示すべきなのですが,長くなるだけでメリットがないのでやめておきます。 気になる人は教科書・参考書を参照のこと。)

ところでこの式,静電エネルギーの式と似ていると思いませんか? 似ているというか,対になっているというか…

まぁ,コンデンサーは電場をつくる部品,コイルは磁場をつくる部品なので,対をなすのはむしろ自然?

今回のまとめノート


時間に余裕がある人は,ぜひ問題演習にもチャレンジしてみてください! より一層理解が深まります。

【演習】コイルに蓄えられるエネルギーコイルに蓄えられるエネルギーに関する演習問題にチャレンジ!...

次回予告

普段お世話になっているのに,ここまでまったく触れてこなかった「交流回路」の話に突入します。 お楽しみに!

交流の発生我々はいま電気ナシでは生きていけない世の中に暮らしていますが,発電所でつくられる電気は交流。 生活に密着している重要なものです。...