RL回路の磁気エネルギー
コイルは急な電流変化に抵抗する
インダクターは磁界にエネルギーを蓄え、電流の変化を妨げるコイルで、Lはインダクタンスです。RLはResistor Inductor、抵抗とインダクターの回路です。ミリヘンリー（mH）は1000分の1ヘンリー、ミリ秒（ms）は1000分の1秒、ミリジュール（mJ）は1000分の1ジュールのエネルギーです。
実験台
回路の設定を変え、測定値を予想してから課題を確認しましょう。教材用のモデルで、各レッスンに仮定を説明しています。
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動作の仕組み
電圧ステップ後の、初期エネルギーゼロの理想コイルです。時間は観測点の選択で実時計ではなく、巻線抵抗、磁気飽和、オフ時の電圧スパイクは省略します。
Vsは印加電圧、Rは直列抵抗、Lはインダクタンス、tはオン後の時間です。τ = L/R、I(t) = Vs/R × (1 − exp(−t/τ))、expは指数関数です。コイル電圧 = Vs × exp(−t/τ)、蓄積エネルギーE = ½LI²。
難易度
組み立て · 組み立てる
5 V、100 Ω、100 mH、1 msで電源を入れ、約31.606 mAを読み取ります。
ヒントを見る
Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH; t = 1 ms → 31.606 mA
探究 · 一つ変える
5 V、100 Ω、100 mHで時間を選び、電流49 mA以上、コイル電圧0.1 V以下にします。
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Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH; t = 4 ms → 49.084 mA; 0.092 V
自力で解く · 課題を解く
5 V、50 Ω、200 mHで時間を選び、電流62–64 mA、蓄積エネルギー0.38–0.42 mJにします。
ヒントを見る
Vs = 5 V; R = 50 Ω; L = 200 mH; t = 4 ms → 63.212 mA; 0.400 mJ
追加の読み物と回路レシピ
コイルは急な電流変化に抵抗する
役立つ法則
時定数一つ分の時間で電流は最終値の約63.2%、五つ分では99%を超えます。
モデルの外では
実際のコイルはオフ時も電流を保とうとします。誘導性サージ対策はその電流の経路を用意しますが、ここではスパイクを計算しません。
避けたい落とし穴
インダクターが妨げるのは電流の変化で、一定電流そのものではありません。安定後の理想コイル電圧はゼロに近づきます。
電源と抵抗を変えず、インダクタンスだけ二倍にします。最終電流は…
- 二倍
- 同じだが上昇は遅い
- 半分
詳しく読む
最終電流はVs/Rで変わらず、時定数L/Rが二倍なので上昇が遅くなります。