高校物理
5分で解ける!導体棒の起電力に関する問題
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練習の解説授業
導体棒の起電力の向きは「右ねじの法則」
まず、電流の向きから考えましょう。導体棒の起電力における 右ねじの法則 より、右手の4本指をvの向きからBの向きに回すと、親指がQからPの向きを指します。したがって、起電力は QからP の向きとなり、この向きに電流Iも流れます。
次に電流の大きさIを求めにいきましょう。導体棒の起電力Vは、
V=vBℓ
と表されますね。このとき、抵抗値Rの抵抗の電位差もVとなるので、オームの法則より、
V=RI
です。 V=vBℓ を代入して、Iについて解けば答えになります。
導体棒には電磁力がはたらく!
物体が一定の速さで動くとき、加速度a=0となり、運動方程式F=maから、外力は0となるはずです。にもかかわらず、外力が必要になる理由がわかりますか?
その答えは、 導体棒にはたらく電磁力 です。導体棒にはQからPへ電流Iが流れていますよね。この電流Iに外部磁場Bがはたらくことで、導体棒PQには電磁力Fがはたらくのです。 右ねじの法則 より、右手の4本指をIの向きからBの向きに回すと、親指が左向きを指します。
物体を右向きに一定の速さで移動させるとき、外力F'は電磁力Fとつりあう力になるので、 右向き にはたらくわけです。
あとは、力のつりあいから外力F’の値を求めましょう。導体棒PQが受ける電磁力の大きさ F=IBℓ より、
F'=IBℓ
です。ここに(1)で求めたIの値を代入すれば、答えが求まります。
磁場を導体棒PQが垂直に横切るように動かす問題です。導体棒を含む回路を1巻のコイルとみなすと、コイルを貫く磁束が変化するので、このコイルには誘導起電力が生じます。