技術士 第一次試験 基礎科目 3群 解析 練習問題 第10問: 巻数 150、1辺 4.0 cm の正方形のコイルが、コイル面に垂直な一様な磁場の中に置かれている。磁束密度が 0.050 s の間に 0.20 T から 0.
基礎科目 3群 解析
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第10問
巻数 150、1辺 4.0 cm の正方形のコイルが、コイル面に垂直な一様な磁場の中に置かれている。磁束密度が 0.050 s の間に 0.20 T から 0.80 T まで一定の割合で増加した。この間にコイルに生じる誘導起電力の大きさに最も近い値はどれか。
解答と解説を先に見る
先に見ると、この問題は今回は育ちません。
正解: 3. 2.9 V
誘導起電力の大きさは約2.9 Vです。OpenStax University Physics Volume 2 §13.1 は、N 巻きのコイルの誘導起電力を ε=−N dΦ/dt とし、§13.2(レンツの法則)は、その向きが磁束の変化を妨げる向きであるとしています。
大きさは N×|ΔΦ/Δt| です。
面積 A=(0.040 m)²=1.6×10⁻³ m²
1巻きの磁束の変化 ΔΦ=(0.80−0.20)×1.6×10⁻³=9.6×10⁻⁴ Wb
ε=150×9.6×10⁻⁴÷0.050=2.88 V≒2.9 V
検算(磁束密度の変化率から): ΔB/Δt=0.60÷0.050=12 T/s、ε=150×12×1.6×10⁻³=2.88 V
「1.9×10⁻² V」は巻数を掛け忘れたもの、「29 V」は 16 cm² を 0.016 m² と換算したもの、「3.8 V」は変化量でなく最後の磁束密度 0.80 T を使ったもの、「7.2×10⁻³ V」は時間で割らずに掛けたものです。
関連キーワード: ファラデーの電磁誘導の法則・レンツの法則・誘導起電力・磁束
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