交流回路の基礎理論

交流回路

定常電流が流れている回路について、これまで議論してきました。しかし電流が時間的に速やかに変化する場合についても、同様の取り扱いができます。時間変動する電流の中でも、変化が周期的である場合が特に応用上重要とされています。そのような電流を交流 (Alternating Current: A.C.) と呼びます。実際に、最も重要なのは変化が正弦波的 (sinusoidal) な場合、つまり正弦波交流であり、特にことわらない限りは交流といえば正弦波交流のことを表すことにします。
電流が流れるときに作られる磁場と、その変化により生じる電磁誘導は、実際の多くの応用では電流の変化がそこまで高速ではありません。そこで単に真っ直ぐに張った一本の導線の作る磁場やそれによる電磁誘導は、対して問題にはなりませんでした。しかし導線を円筒形に巻いたソレノイドやその他コイル (特にこれに強磁性体の磁心(コア)が入ったもの) では、電磁誘導の効果が劇的に大きくなるため、無視できなくなります。よって、そのような電磁誘導が問題となるような部分をコイルと呼ぶことにし、これも1つの回路素子として見なすことにします。コイルの導線は必ず抵抗を持っています。そこでコイルでの電圧降下は、電磁誘導によるものと、オームの法則によるものの寄与が存在します。ここではこれらを分離し、あたかもコイルは完全な導体からできているものと考えます。そしてそれと直列に、抵抗が挿入されているように考え、これらを別々の回路素子として扱うことにします。なお、コイル以外の導線部分での電磁誘導や抵抗は一切考えないことにします。
また交流回路の回路素子としてはもう一つ、コンデンサが考えられます。直流回路では、コンデンサを通って定常的な電流は流れることができないため、考慮されてきませんでした。しかし、絶えず電流の向きが変化する交流では、コンデンサを通しても流れることができます。

参考文献

[1] 高橋秀俊, “電磁気学”
[2] 後藤憲一, 山崎修一郎, “詳解電磁気学演習”
[3] 霜田光一, 桜井捷海, “エレクトロニクスの基礎”