電磁気と交流（知識）の問題

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。

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。

金属板などの広がった導体を貫く磁束が変化すると、導体の内部に渦のような誘導電流が流れる。この電流を渦電流という。渦電流とその利用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。

• ア　金属板が磁場の中に置かれていれば、板を貫く磁束が変化しなくても、板の内部には渦電流が流れ続ける。
• イ　渦電流はコイルのように巻いた導線の中にだけ流れ、広がった金属板の内部には流れない。
• ウ　回転する金属円板に磁石を近づけると、円板に渦電流が流れ、円板の回転を妨げる向きの力がはたらく。
• エ　金属板に渦電流が流れても、金属には電気抵抗があるのにジュール熱は発生しない。
• オ　IH 調理器は、コイルに一定の大きさの直流電流を流し続けることで、鍋の底に渦電流を流している。

発電所から家庭まで電気を送るとき、送電線では非常に高い電圧の交流が使われ、家庭の近くで 100 V などの低い電圧に下げられる。このように交流の電圧を上げ下げする装置は、1 つの鉄心に 2 つのコイルを巻いたつくりをしている。

この装置では、電源側のコイルに交流を流すと鉄心を貫く磁束が周期的に変化し、もう一方のコイルに誘導起電力が生じる。電力の損失がない理想的なものでは、2 つのコイルの電圧の比は巻数の比に等しい。一方、電源側のコイルに一定の直流を流し続けても、もう一方のコイルには起電力が生じない。

このような、交流の電圧を変えるための装置を何というか。

水平に置いた厚いアルミニウム板の真上で、棒磁石の N 極を下に向けて板に近づけたり、板の上で磁石を水平に動かしたりすると、板を貫く磁束が変化する。このとき、コイルを使わなくても、板の内部には磁束の変化を妨げる向きに誘導電流が流れ、磁石と板の相対的な運動を妨げる向きの力が生じる。

金属の導体の内部に生じるこのような誘導電流は、導体の電気抵抗によってジュール熱を発生させるので、IH 調理器で金属の鍋が発熱するしくみに利用されている。また、運動を妨げる向きの力を生じることは、電車の電磁ブレーキに利用されている。金属板などの広がった導体の内部に、このように生じる誘導電流を何というか。