電磁気と交流（知識）の問題

自己誘導・相互誘導と変圧器について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、変圧器は電力の損失がなく、一次コイルを貫く磁束がすべて二次コイルも貫く理想的なものとする。

• ア　コイルを流れる電流が変化すると、コイル自身を貫く磁束が変化し、その電流の変化を妨げる向きに誘導起電力が生じる。
• イ　自己インダクタンス $L$ のコイルに大きさ $I$ の電流が流れているとき、コイルには $\frac{1}{2}L{I}^2$ のエネルギーが磁場のエネルギーとして蓄えられている。
• ウ　相互インダクタンスが $M$ の 2 つのコイルで、一次コイルの電流が短い時間 $\Delta t$ の間に $\Delta I$ だけ変化すると、二次コイルには大きさ $M\left|\frac{\Delta I}{\Delta t}\right|$ の誘導起電力が生じる。
• エ　変圧器で二次コイルの巻数を一次コイルの巻数より多くすると、二次コイルの電圧は一次コイルの電圧より大きくなり、二次コイルを流れる電流も一次コイルを流れる電流より大きくなる。
• オ　変圧器の一次コイルに一定の大きさの直流電流を流し続けても、二次コイルには誘導起電力が生じない。

巻数 $N$ のコイルを固定し、コイルの断面に垂直な向きに一様な磁場を加える。この磁場の強さを時間とともに変化させると、コイルに誘導起電力が生じる。このときの電磁誘導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、磁場はコイルの断面全体で一様であるとする。

• ア　コイルに生じる誘導起電力の大きさは、その瞬間にコイルを貫いている磁束の大きさに比例する。
• イ　磁束の時間変化の割合を変えずにコイルの巻数を 2 倍にすると、誘導起電力の大きさは 2 倍になる。
• ウ　コイルの両端を導線でつなぐと、コイルを貫く磁束の変化を強める向きに誘導電流が流れる。
• エ　コイルを貫く磁束が一定の割合で増加している間は、誘導起電力の大きさは時間とともに大きくなる。
• オ　コイルの両端を導線でつながず開いたままにしておくと、磁束が変化してもコイルに誘導起電力は生じない。

共通の鉄心に一次コイルと二次コイルを巻いた変圧器がある。一次コイルに交流電源をつなぐと、一次コイルを流れる電流の変化によって鉄心を貫く磁束が変化し、二次コイルに誘導起電力が生じる。このように、一方のコイルを流れる電流が変化することで、もう一方のコイルに誘導起電力が生じる現象を　a　という。

この変圧器の二次コイルの両端に抵抗をつないで電流を流す。二次コイルの巻数が一次コイルの巻数より多いとき、二次コイルを流れる電流の実効値は、一次コイルを流れる電流の実効値より　b　。

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、変圧器は理想的なもの（コイルの抵抗や磁束の漏れがなく、電力の損失がないもの）とする。

交流と、交流回路におけるコイル・コンデンサーのはたらき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、交流は正弦波交流とし、コイルとコンデンサーの電気抵抗は無視できるものとする。

• ア　交流電圧の実効値は、その最大値の $\frac{1}{2}$ 倍である。
• イ　コイルに交流電圧を加えると、コイルを流れる電流の位相は、コイルの両端の電圧の位相より $\frac{\pi }{2}$ だけ遅れる。
• ウ　コンデンサーのリアクタンス（容量リアクタンス）は、交流の周波数が大きいほど大きくなる。
• エ　コイルのリアクタンス（誘導リアクタンス）は、交流の周波数が大きいほど小さくなる。
• オ　コンデンサーに交流電圧を加えたとき、コンデンサーで消費される電力を 1 周期にわたって平均すると、正の値になる。

電気振動と電磁波について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、コイルとコンデンサーをつないだ回路では、導線やコイルの電気抵抗は無視できるものとする。

• ア　電磁波は真空中でも伝わり、真空中を伝わる速さは波長によらず一定である。
• イ　電磁波は横波であり、電場と磁場はどちらも電磁波の進行方向に垂直な向きに振動している。
• ウ　赤外線は可視光線より波長が短い電磁波で、物体に吸収されると物体の温度を上げるはたらきが大きいので、暖房器具などに利用されている。
• エ　X 線は紫外線より波長が短い電磁波で、物質を透過する能力が高いので、医療での透視撮影などに利用されている。
• オ　充電したコンデンサーとコイルをつなぐと電気振動が起こり、その周期は、コイルの自己インダクタンスを大きくすると長くなる。