令和3年度 電験3種 理論 問4の過去問解説

令和3年度 電験3種 理論 問4

次の文章は、電磁誘導に関する記述である。
図のように、コイルと磁石を配置し、磁石の磁束がコイルを貫いている。
1. スイッチSを閉じた状態で磁石をコイルに近づけると、コイルには(ア)の向きに電流が流れる。
2. コイルの巻数が$200$であるとする。スイッチSを開いた状態でコイルの断面を貫く磁束を$0.5\mathrm{s}$の間に$10\mathrm{mWb}$だけ直線的に増加させると、磁束鎖交数は(イ)$\mathrm{Wb}$だけ変化する。また、この$0.5\mathrm{s}$の間にコイルに発生する誘導起電力の大きさは(ウ)$\mathrm{V}$となる。ただし、コイル断面の位置によらずコイルの磁束は一定とする。
上記の記述中の空白箇所(ア)~(ウ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(ア) (イ) (ウ)
(1) $2$ $2$
(2) $2$ $4$
(3) $0.01$ $2$
(4) $2$ $4$
(5) $0.01$ $2$

解答・解説

●正解(4)

コイルに磁石を近づけると、磁束の変化を妨げる方向に電流が流れます。

今回、磁石を近づければ、左向きの磁束が増加するので、それを妨げる向き、つまり下図のとおり右向きの磁界を発生させようとします。

右ねじの法則から、右向きの磁界を発生させるには、②の向きの電流が必要になるので、電流の方向は②です。

次に、$200$回巻きのコイルに対し、$0.5$秒間で磁束を$10\mathrm{mWb}$だけ直線的に増加させれば、コイルを貫く磁束は、

$$200\times10\times{10}^{-3}=2\left[\mathrm{Wb}\right]$$

だけ増加します。

そのとき、スイッチ両端に生じる起電力は、ファラデーの法則から、

$$V=\frac{d\phi}{dt}=\frac{2}{0.5}=4\left[\mathrm{V}\right]$$

となります。

以上より、
(ア)②
(イ)2
(ウ)4
となるので、答えは(4)になります。

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