語彙
| English | 意味 |
|---|---|
| generator/ˈdʒenəreɪtə/ | 発電機 |
| electromagnetic induction/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk ɪnˈdʌkʃn/ | 電磁誘起 |
| induced/ɪnˈdjuːst/ | 誘導された |
| a.c. generator/ˌeɪ ˈsiː ˈdʒenəreɪtə/ | 交流発電機 |
| slip rings/slɪp rɪŋz/ | スリップリング |
| brushes/ˈbrʌʃɪz/ | ブラシ |
運動による電力の生成
- モーター効果は電気を運動に変換します。逆に運用すれば、運動を電気に変えて発電機になります。
- これは電磁誘起であり、地球上のほぼすべての発電所の動力源となっています。
- 運動が電流を生み出す仕組みを見てみましょう。
電磁誘起
- 導線が磁場を横切る、あるいは磁場がコイル内で変化すると、起電力 (e.m.f.) が誘起されます。
- 導線が完全な回路の一部であれば、その起電力は電流を駆動します。
- メーターに接続されたコイルに磁石を入れたり出したりすると、針が振れます。
探索
発電機
V = a sin(bt)
回転するコイルは 正弦波 電圧を誘起する — これが交流出力である。
実践
磁石を使ってコイルに電流を誘起する方法はどれか？
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
コイル内の磁束が変化するときにのみ電流が誘起される — 例えば磁石を動かすことで。
実践
コイルの中で静止させた磁石は、一定の電流を誘起する。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
運動または変化する磁界が必要である。静止した磁石では変化が生じないため、起電力は誘起されない。
誘起起電力を大きくする
- 強い磁石を使用したり、速く動かしたり、コイルの巻数が多いほど、誘導起電力は大きくなります。
- 運動または変化が必要です——コイル内で静止している磁石からは何も誘起されません。
- 誘導起電力は、それを引き起こす変化に対して常に反対方向に働きます。
交流発電機
実践
どの変化が誘起起電力を大きくするか？
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
強い磁石、速い運動、多い巻数はすべて誘起起電力を増加させる。
実践
各概念とその意味を対応させよ。
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
各項目は用語を正しい意味と結びつける。
交流発電機
- 交流発電機は、コイルを磁場の中で回転させます。回転する際、コイルを通る磁束が絶えず変化するため、交流の起電力が発生します。
- スリップリングと炭素製ブラシによって、コイルが回り続ける間も電流を取り出します。
- コイルが水平（磁束線に最も速く切断される状態）のとき起電力は最大となり、垂直のときはゼロになります。これにより、波形（正弦波）の出力が得られます。
実践
単純な交流発電機の出力は：
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
コイルが回転すると、内部を通る磁束が往復して変化し、交流（正弦波）起電力を与える。
実践
交流発電機においてスリップリングとブラシはどのような役割を果たしますか？
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
スリップリングとブラシは滑動接触を保ち、配線が絡まずに交流を外部へ伝達します。（対照的に、コミュテータは電流の向きを逆転させますが、これはモーターや直流発電機のものです。）
理解できましたか
Key idea
- 導線を磁場の中へ移動させる（またはコイルを通る磁束を変えること）で起電力が生じます。
- 起電力が大きくなる条件：強力な磁石、速い速度、多くの巻数 — かつ変化が必要です。
- 交流発電機はコイルを回転させて交流起電力を生み出し、スリップリング＋ブラシを通じて取り出します。
- 出力は正弦波です：コイルが水平のとき最大、垂直のときゼロ。