Physics
มัธยมปลาย
เคลียร์แล้ว

44番の問題でAの電位をどうやって求めているのか分かりません。なぜ40Vの所からたどっていくのでしょうか?

คำตอบ

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物理のエッセンスですね。この本の電磁気学の問題の解説はやや難しいです。
電磁気学の回路の問題は、実は解法がさまざまで定まっていません。基本的に、著者が分かりやすいと思う解法を選んでいるだけなので、電磁気学のルールをちゃんと知っていれば自分なりの解法を見つけることができます。

解説には何と書かれているかはわかりません。なので私なりの考え方の1つを紹介します。都合上、文章のみで説明します。

解法としてキルヒホッフの第2法則を活用します。この法則のルールは参考書を参照してください。

この法則より2つの式を立てます。
1つは、電流が20Vの電池と20Ωの抵抗と10Ωの抵抗を通る式。その電流をI1とする。なお、この電流の通り方は直流のため、2つの抵抗には等しい電流I1が通る。

もう一つは、40Vの電池と5Ωの抵抗と10Ωの抵抗を通る式。その電流をI2とする。なお、これもまた直流である。

それぞれを立式すると以下の通りになる。
20=30(I1)-10(I2)
40=-10(I1)+15(I2)

なぜマイナスを付けるのかというと、電流の向きをそれぞれ、電池から流れ出す向きにすると、10Ωの抵抗で2種類の電流がお互い逆方向に通るから。

詳しくいうと、1つの電池から流れ出す電流の向きを正としているため、もう一つの電池から流れ出した電流とは反対方向となる。その反対方向となる電流はその分、本来の電圧降下に反する形で負の値が表れる。

上記の2式を連立して解くとそれぞれの流れる電流の値が求まる。

次に
電圧降下について考えてみる。
図には右下にアースがある。アースは0Vという基準を持つもので、これを活用してみる。

I2を仮に立てた回路のみで考える。40Vで電位が上がると、電圧降下で5Ωの抵抗、10Ωの抵抗を通って0Vになる。なぜ0Vになるかというと、アースでは0Vと考えられ、同じ導線では電圧が等しいから。

また、40Vの電池からI2の電流が流れ、
オームの法則V=RIを用いて、(I2=4[A])
5Ωの抵抗での電圧降下が20Vと分かる。

これらの考えから、Aでの電位が求まる。

以上が私なりの考え方です。考え方の中身は、キルヒホッフの法則を用いて立式し、それを解くだけです。ただ、ポイントはキルヒホッフの第2法則でどの回路を考えてみるかにあります。また、その時に通る電流を仮定して置いてみる勇気が必要です。その際、電流の向きははじめ、電池から流れる向きに合わせると解きやすいと思います。

あくまで以上の解法はさまざまあるうちの1つです。友達や先生にきいてみるのもいいし、このアプリでさらに多くの人にきいてみるのも良いと思います。それを踏まえ、問題集の解法に従うか、あるいは自分なりの解法を見つけるか、自分で決めてやってみましょう。
頑張ってください。

ズミ

詳しい説明ありがとうございます!
聞きたかったこと以上の吸収ができて助かりました。

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