コイルに電池を接続した回路で、スイッチを開いたり閉じたりするとき、コイルには誘導起電力が生じます。この現象を 自己誘導 と言います。今回はファラデーの法則をもとに、 自己誘導 について解説します。

具体例をもとに考えていきましょう。コイルを密に巻いた ソレノイドコイル に電池をつなぎ、スイッチを入れてI[A]の電流をA→コイル→Bの向きに流します。

電流が最初0の状態からどんどん増加していくとき、コイルにはどんな変化があらわれますか？ここで、1[m]あたりn回巻のソレノイドコイルを貫く磁場は、 H=nI で表されたことを思い出しましょう。Iの値が増加するので、ソレノイドコイルを貫く磁場Hがどんどん大きくなりますね。また、磁場Hの向きは、 右ねじの法則 から、図の右向きです。

コイルを貫く磁場Hが増加するとき、磁束Φも増加しますね。磁束が変化するとき、電磁誘導によりコイルには誘導起電力が生じます。この起電力Vの方向はどちらになりますか？

磁束の変化を妨げる方向 ですね。図で、電流が増加するとき、磁束は右向きに増加します。したがって、 左向きの磁束を生じさせるような誘導起電力が生じる のです。

つまり、電池の電流がA→コイル→Bと進むのに対し、コイルの誘導起電力は反対向きのB→コイル→Aの向きとなります。このように、コイルに流れる電流が変化するとき、その変化を妨げる向きに起電力が生じる現象のことを 自己誘導 と言います。この起電力はそもそも コイル自身が作る磁場によるもの で、外力を与えているわけではありません。原因がコイル、つまり自分自身による起電力なので自己誘導と言うのです。

では、自己誘導の起電力の大きさVについて解説します。

電流Iが少しの時間Δt経過したとき、電流がI+ΔIに増加したとします。そのときの自己誘導の起電力は比例定数 L を用いて以下の式で表されます。

つまり、 誘導起電力Vは、電流の変化の割合ΔI/Δtに比例 するのですね。比例定数Lは 自己インダクタンス といい、単位 H(ヘンリー) で表します。また、式にあるマイナスの符号は、ファラデーの法則と同様に、妨げる向きという意味が込められています。