42．交流回路

［目的］抵抗Ｒ・コイルＬ・コンデンサーＣを含む交流回路を流れる電流と電圧を測定し、交流回路の理論を確認する。
　
［準備］交流電流計　交流電圧計　テスター　抵抗　コンデンサー
コイル　鉄心　電源装置
［操作］
１）コンデンサーの容量リアクタンスの測定
　①コンデンサーに交流電圧を徐々に上げていったとき、流れる電流値を測定する。
　②横軸に電流、縦軸に電圧のグラフをつくる。グラフの直線の傾きが容量リアクタンスとなる。理論値と比較する。
２）コイルの誘導リアクタンスの測定
　①コイルに鉄心をいれ、交流電圧を徐々に上げていったとき、流れる電流値を測定する。
　②横軸に電流、縦軸に電圧のグラフをつくる。グラフの直線の傾きが回路のインピーダンスとなる。
　③コイルには抵抗があるので、この回路は抵抗とコイルの直列回路になる。テスターを用いてコイルの抵抗を測定する。
　④回路のインピーダンスからコイルの抵抗を引いたものが誘導リアクタンスとなる。理論値と比較する。
　⑤誘導リアクタンスの値より、コイルのインダクタンスを求め、理論値と比較する。
３）抵抗とコンデンサーの直列回路のインピーダンスと電圧の測定
　①回路に交流電圧を徐々に上げていったとき、流れる電流値を測定する。
　②横軸に電流、縦軸に電圧のグラフをつくる。グラフの直線の傾きが回路のインピーダンスとなる。理論値と比較する。
　③回路に交流電圧を一定にし、抵抗の両端の電圧ＶR、コンデンサーの両端の電圧ＶC、抵抗＋コンデンサーの電圧Vを測定する。理論値と比較する。
［留意点・工夫点］
☆抵抗は20〔Ω〕、コンデンサーは電気容量220〔μF〕が適当である。
☆徐々に高くする電圧は2.0〔V〕、4.0〔V〕、6.0〔V〕、8.0〔V〕、10.0〔V〕がよい。
☆３の実験で加える電圧は、10〔V〕が適当である。
☆電圧は100〔V〕程度の大きい方がグラフが０点付近を通り、誤差が少ないが、これでは抵抗が焼き切れる。10～30〔V〕程度が適当である。
☆すべり抵抗器はコイルが内蔵されているので、抵抗として使ってはいけない。
☆抵抗・コイル・コンデンサーの抵抗に当たるものができるだけ同じΩになるようにすると測定しやすい。
☆電圧計の代わりにオシロスコープを使うと、位相のずれも見ることができる。
☆インピ－ダンスＺ〔Ω〕とは交流回路全体の抵抗に相当するもの、リアクタンスＲ〔Ω〕とは交流回路でのコンデンサーやコイルなどの個別の抵抗に相当するものである。
☆電気容量Ｃ〔Ｆ〕のコンデンサーの容量リアクタンスＲＣ〔Ω〕は、
　
（　ｆ　は周波数で関西は60〔Hｚ〕、関東は50〔Hｚ〕）
☆コイルには直流分の抵抗 ｒ 〔Ω〕と交流分の抵抗（誘導リアクタンスＲL〔Ω〕）が重なっており、
　　　　　　ＲL＝２π f Ｌ
　コイルを含む交流回路のインピーダンス ＺＬ〔Ω〕は
　
　　　（Ｌはコイルの自己インダクタンス）
　自己インダクタンスＬ〔Ｈ〕は、コイルの誘導リアクタンスＲＬ〔Ω〕の測定値より、
　
☆Ｒ〔Ω〕の抵抗と電気容量Ｃ〔Ｆ〕のコンデンサーの直列回路ではインピ－ダンス ＺＲＣは
　
☆抵抗＋コンデンサーの電圧ＶRCは抵抗の電圧ＶＲとコンデンサーの電圧ＶＣで表すと