電磁気と交流（知識）の問題

真空中に、十分に長い 2 本の直線導線 A, B を、距離 $r$ だけ離して平行に置き、それぞれに一定の電流を流す。A に流す電流の大きさは $I_1$、B に流す電流の大きさは $I_2$ で、$I_1$ と $I_2$ は異なる値とする。このとき、導線どうしの間にはたらく力や、電流が磁場から受ける力についての記述として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、地磁気の影響は無視する。

• ア　A と B に同じ向きの電流を流すと、A と B は互いに反発しあう。
• イ　A と B に逆向きの電流を流すと、A と B は互いに引きあう。
• ウ　A の長さ $l$ の部分が B から受ける力の大きさと、B の長さ $l$ の部分が A から受ける力の大きさは等しい。
• エ　A と B の距離 $r$ を 2 倍にすると、導線の長さ $l$ の部分が受ける力の大きさは $\frac{1}{4}$ 倍になる。
• オ　電流が磁場から受ける力の向きは、電流の向きと磁場の向きのどちらにも平行である。

電流がそのまわりにつくる磁場について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、導線やコイルは真空中にあり、地磁気の影響は無視する。また、直線導線とソレノイドは十分に長いものとし、電流は一定とする。

• ア　直線電流がつくる磁場の強さは、導線からの距離の 2 乗に反比例する。
• イ　円形電流が円の中心につくる磁場の強さは、電流が同じなら、円の半径が大きいほど強い。
• ウ　直線電流がつくる磁場は、導線に平行な向きにできる。
• エ　ソレノイドの内部にできる磁場の強さは、単位長さあたりの巻数と電流の積に比例する。
• オ　直線導線を流れる電流の向きを逆にしても、そのまわりにできる磁場の向きは変わらない。

自己インダクタンス $L$ のコイルを電源と可変抵抗につないだ回路で、可変抵抗の値を少しずつ小さくして、コイルを流れる電流をしだいに増やしていく。このとき、コイルを流れる電流がつくる磁場によって、コイル自身を貫く磁束も増えていく。

電流を増やしている間にコイルに生じる自己誘導の起電力について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　電流の増加を助ける向きに生じ、その大きさは電流の変化の速さに比例する。
• イ　電流の増加を妨げる向きに生じ、その大きさはそのときの電流の大きさに比例する。
• ウ　電流の増加を妨げる向きに生じ、その大きさは電流の変化の速さに比例する。
• エ　電流の増加を助ける向きに生じ、その大きさはそのときの電流の大きさに比例する。
• オ　コイル自身を流れる電流による磁束の変化なので、コイル自身には起電力は生じない。

電流が磁場から受ける力、および平行な 2 本の直線電流の間にはたらく力について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、導線はすべて真空中にあり、十分に長い直線導線とする。また、地磁気の影響は無視する。

• ア　一様な磁場の中に置いた導線に、磁場の向きと平行な向きに電流を流すと、導線は磁場の向きに垂直な向きの力を受ける。
• イ　東西方向に水平に張った導線に東向きの電流を流し、北向きの一様な磁場を加えると、導線は鉛直上向きの力を受ける。
• ウ　平行に置いた 2 本の導線に互いに逆向きの電流を流すと、2 本の導線は互いに引き合う力を及ぼし合う。
• エ　平行に置いた 2 本の導線に同じ向きで大きさの異なる電流を流すと、電流の大きいほうの導線が受ける力の大きさは、電流の小さいほうの導線が受ける力の大きさより大きい。
• オ　一様な磁場の中に磁場と垂直に置いた導線に一定の電流を流すとき、磁場の中にある導線の部分の長さを 2 倍にすると、導線が受ける力の大きさは $\frac{1}{2}$ 倍になる。

両端を導線でつないで閉じた回路にしたコイルと棒磁石を使って、電磁誘導について調べた。電磁誘導についての記述として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　コイルを貫く磁束が変化しないときは、コイルの近くの磁場がどれだけ強くても誘導起電力は生じない。
• イ　コイルに生じる誘導起電力の大きさは、コイルを貫く磁束の大きさに比例する。
• ウ　ほかの条件が同じなら、コイルに生じる誘導起電力の大きさはコイルの巻数に比例する。
• エ　誘導電流は、コイルを貫く磁束の変化を強める向きに流れる。
• オ　棒磁石の N 極をコイルに向けたまま、コイルに近づけるときと遠ざけるときとでは、誘導電流の向きは逆になる。