電磁気と交流（知識）の問題

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。

電磁波の種類・性質・利用、および電気振動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、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　電子レンジは、主に紫外線を食品に当てて、食品にふくまれる水を振動させることで加熱している。
• イ　真空中では、波長の短い電磁波ほど速く伝わり、γ線は電波よりも速く進む。
• ウ　電磁波を波長の長いものから順に並べると、電波、赤外線、可視光線、紫外線、X線、γ線となる。
• エ　電磁波は縦波であり、媒質がない真空中でも伝わることができる。
• オ　コイルとコンデンサーからなる回路の電気振動の周期は、コンデンサーの電気容量を大きくすると短くなる。

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。

真空中で、中心軸が東西方向を向くように、十分に長いソレノイドを水平に置いた。このソレノイドに一定の電流を流したところ、ソレノイドの西側の端から中心軸に沿って東向きにのぞきこむと、導線を流れる電流は時計回りに流れていた。このとき、ソレノイドの内部（中央付近）にできる磁場の向きと、ソレノイドの磁極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、地磁気の影響は無視する。

• ア　内部の磁場は西向きで、ソレノイドの西側の端が N 極になる。
• イ　内部の磁場は東向きで、ソレノイドの西側の端が N 極になる。
• ウ　内部の磁場は東向きで、ソレノイドの東側の端が N 極になる。
• エ　内部の磁場は西向きで、ソレノイドの東側の端が N 極になる。
• オ　内部の磁場の強さはほぼ $0$ で、ソレノイドの両端に磁極はできない。