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の記述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、変圧器は理想的なもの（コイルの抵抗や磁束の漏れがなく、エネルギーの損失がないもの）とする。

• ア　コイルを流れる電流が変化すると、その変化を妨げる向きの誘導起電力がそのコイル自身に生じる。
• 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、コイルに蓄えられているエネルギーは $\frac{1}{2}L{I}^2$ である。
• ウ　変圧器は、一次コイルを流れる交流電流の変化によって二次コイルに誘導起電力が生じる、相互誘導を利用している。
• エ　二次コイルの巻数を一次コイルの巻数の 2 倍にすると、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の 2 倍になる。
• オ　一次コイルに大きさが一定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。

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。

電気抵抗の無視できるコンデンサーとコイルを、それぞれ単独で正弦波交流電源につないだ場合について述べた次の文章中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜カのうちから 1 つ選べ。

コンデンサーに正弦波交流電圧を加えると、回路を流れる電流の位相は、コンデンサーに加わる電圧の位相よりも $\frac{\pi }{2}$ だけ（ a ）。一方、コイルに加える交流電圧の実効値を一定に保ったまま、電源の周波数だけを高くしていくと、コイルを流れる電流の実効値は（ b ）。

• ア
• イ
• ウ
• エ
• オ
• カ

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。

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。