電磁波(16)補足:電磁誘導(その2)誘導起電力の向き(新たな説明モデルを目指すための独自表示)

 前回のことわざ 「温故知新」が

どのような過程でここでの話題に登場したのか?

について語ろうと思ったのですが、

長くなりそうなので今回は見合わせました。

ここの話題とは別のことで取り上げることにしました。



 今回も古い「電磁気学」本からの引用です。

誘導起電力eは、

 e=-dΦ/dt [V] ...(1)

の式において

式中の-(負)符号は、誘導起電力の向きを示しています。

磁束が減少するときに正の向きの起電力が

誘導されることを意味します。


ここで、どこの参考図書にも未だ掲載の無い

新しい表示方法を試みた図を公開します。


画像



 (※

   ここで表示する図は、

  電磁気学本に掲載した本来の図面ではなく、

  今回の「私の疑問点1」での指摘事項へと

  適用できる「直観説明モデル」の解答を目指すために

  「電磁誘導」からの説明モデルからの

  「直観的観察」結果を組み立てていく途中での

   各パラメータ(,rot,∂/∂t)の

   増減傾向とその方向を同時に示すことができる

   分かり易い表示図として考案したものです。


   これに先立ち、疑問点2の解答とした

   「正弦波内の水車モデル」説明とも

   関係が深くあります。

   図の(1)~(4)は、

    電磁波(14)疑問点2への解答(5)
     電場E~水車モデル~∂B/∂t
    (Bの時間的変化)の関係(完結編)
    http://jo3krp-o.at.webry.info/201304/article_23.html 

   電場Eの正弦波形を磁場Bの同位相波形と考えると

   領域(1)~(4)と一致します。

  (電場Eと磁場Bは、同位相の正弦波である

   ことが証明できたので

   電場Eを磁場Bでの領域(1)~(4)の現象と

   考えても矛盾がないはずです。)

   但し、Φが、eがrotと置き換える必要があります。

   この説明は、後にきちんとした

   「直観的観測説明モデル」を完成させてから

   披露したいと考えています。

   ※)


ここでは、以前、dΦ/dt(Φをtで微分した波形)が

どうなるかの説明をしました

 電磁波(10)独自手法で語る直感的観察(1)
  疑問点2の解答(その1)
   http://jo3krp-o.at.webry.info/201304/article_15.html

でのΦの波形からeの波形が成り立つこと説明するための

「直観的観測図」として、今回採用しています。


 まず起電力eの正の向きを前回説明した図のように

磁束Φに対して「右ねじの法則」に従う向きと決めます。


 ※(Φとeの時間変化の波形図へ

   (1)~(4)領域を表示した図は、

   次回に表示します。)


(1)Φの波形が領域(1)のとき

    磁束Φが増加する場合は、上図の(1)のように

   レンツの法則によってeは右回りの向きとなり、

   前回の約束によって-(負)の向きとなります。

   一方

    磁束が増加するときdΦ/dt(時間変化)は、

   正ですから式(1)のeは負となって図の(1)と

   一致しています。

   引用図面には表記が本当は無い

   「水色→」表示は、磁束Φ(青線→)に対する

    増減傾向
    
       (青線→と同一向きなら、増加中)

       (青線→と反対向きなら、減少中)

   「黄色→」表示は、そのときの

    誘導起電力e(赤線→)の増減傾向

       (赤線→と同一向きなら、増加中)

       (赤線→と反対向きなら、減少中)

    をそれぞれ示す

    私独自の表示方法を示しています。


    この表記を付加することで

    磁束Φは、0から正の方向へと増加中ですが(最大値まで)

    誘導起電力eは、負の最大値から0へと減少中であることを

    示すことができるのです。


   ※(これで水車の速度変化を示す表記方法

     へのヒントとなる期待が持てそうです。)  


(2)Φの波形が領域(2)のとき

    磁束Φが減少するときは、

   式(1)のeは+(正)となり
 
   レンツの法則から定めた図の(2)の場合と

   同じ結果となります。

   すなわち、磁束Φの向きは、正の方向ですが

   0に向かって減少中となっているため、

   dΦ/dtは負となり、これにより発生する

   eは、逆に正となります。

   しかも、eの増加傾向を見れば

   eは正の最大値まで増加中なのです。 


(3)(4)領域については、

(1)(2)説明前でも述べたように 


  ※(Φとeの時間変化の波形図へ

   (1)~(4)領域を表示した図は、

   次回に表示します。)


その図と今回の図を対照しながらの説明とします。   

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