閉回路
【問題6】 図のように, 紙面上に2本の十分長い金属製のレールが間隔dで平行に固定され, レール上にレールと
垂直に2本の金属棒a, bが置かれている。 それぞれの金属棒は互いに平行を保ったままでレール上をなめ
らかに動くことができ, 2本のレールと2本の金属棒とで囲まれた長方形状の回路が形成される。 レールの
電気抵抗は十分小さく, 金属棒だけが電気抵抗を持っている。 したがって, 金属棒a, b がどのように動い
ても回路の電気抵抗は一定で, その値をRとする。 また, レール間には, 紙面と垂直方向に磁束密度Bの
一様な磁界がかけられている。 いま、 金属棒a を一定の速さ
金属棒 b 金属棒 a®
で紙面の右方向に動かし続けた。 以下の問いに答えよ。
一般に磁束密度Bの磁場中で,長さLの導線が磁場と
垂直な方向に速度で動くとvBLの誘導起電力が発生し,
電流Ⅰが流れている導線は, 磁場からIBLの力を受ける。
(1) 金属棒a を動かしたら図の方向に電流が流れた。
金属棒a を動かし始めた直後の,
46
.
(3) 金属棒b が動き出し, 速さがvに達した時の,
(a) 回路を流れる電流の大きさ
レール
をd, Va, Vo, R, B を用いて表せ。
(4) 十分時間が経過した後の
牛の向↑
磁束密度 B
レール
(a) 回路を流れる電流の大きさ
(c) 金属棒b の速さ
をd, va, R, B を用いて, または,数値で表せ。
VB
LA
電流の向き
(a) 回路を流れる電流の大きさ (b) 金属棒a を動かすのに必要な力の大きさ
をd, va, R, B を用いて表せ。
F=1Bd
(2) 金属棒a を動かし始めた直後、金属棒b もレール上を動き出した。
左手の法則 (a) 金属棒b が動き出した方向は、金属棒a の動いている方向と同方向,逆方向のいずれか。
(b) この時、金属棒b が受けた力の大きさをd, Va, R, B を用いて表せ。
(b) 金属棒a を動かすのに必要な力の大きさ
Va
(b) 金属棒a を動かすのに必要な力の大きさ
1
右手の法則により上向きに力がむく
d