なぜLRではなくL / Rなのか？

L / R時定数について学ぶ

誘導回路の時定数計算が容量性回路の時定数計算と異なる理由は、電子工学の新入生にとってしばしば困惑します。抵抗-コンデンサ回路の場合、時定数（秒単位）は、オーム単位の抵抗とファラッド単位の静電容量の積（乗算）から計算されます：τ=RC。

ただし、抵抗-インダクタ回路の場合、時定数は、オーム単位の抵抗に対するヘンリーのインダクタンスの商（除算）から計算されます：τ=L / R。

この計算の違いは、定性的に大きな影響を与えます。 過渡回路応答の分析。抵抗-コンデンサ回路は、低抵抗ではより速く応答し、高抵抗ではより遅く応答します。抵抗-インダクタ回路は正反対で、高抵抗ではより速く応答し、低抵抗ではより遅く応答します。

容量性回路は新入生にとって直感的な問題を引き起こさないように見えますが、誘導性回路はあまり意味がない傾向があります。

コンデンサとインダクタのエネルギー

過渡回路を理解するための鍵は、エネルギー伝達の概念とその電気的性質をしっかりと把握することです。コンデンサとインダクタの両方に大量のエネルギーを蓄積する能力があり、コンデンサは電界の媒体にエネルギーを蓄積し、インダクタは磁場の媒体にエネルギーを蓄積します。

コンデンサの静電エネルギー貯蔵は、端子間で一定の電圧を維持する傾向に現れます。インダクタの電磁エネルギー貯蔵は、インダクタを流れる定電流を維持する傾向に現れます。

放電の状態でこれらの反応性コンポーネントのそれぞれに何が起こるかを考えてみましょう ：つまり、エネルギーがコンデンサまたはインダクタから放出され、抵抗によって熱の形で放散される場合：

いずれの場合も、抵抗器によって放散される熱は、エネルギーを構成します 回路、およびその結果、反応性コンポーネントは時間の経過とともにエネルギーの蓄積を失い、グラフに表示される電圧（コンデンサ）または電流（インダクタ）のいずれかの測定可能な減少をもたらします。電力は定義上、時間の経過に伴うエネルギー伝達率であるため、抵抗器によって消費される電力が多いほど、この放電動作はより速く発生します。

したがって、過渡回路の時定数は回路の抵抗に依存します。もちろん、反応性部品のサイズ（ストレージ容量）にも依存しますが、抵抗と時定数の関係がこのセクションの問題であるため、抵抗のみの影響に焦点を当てます。抵抗値が電力損失（熱へのエネルギー伝達率）を最大化するような値である場合、回路の時定数は短くなります（放電率が速くなります）。

蓄積されたエネルギーが電圧の形で現れる容量性回路の場合、これは、任意の電圧量に対して電流を最大化するために、抵抗器の抵抗値を低くする必要があることを意味します（与えられた電圧×高電流は高電力に等しい）。蓄積されたエネルギーが電流の形で現れる誘導回路の場合、これは、任意の電流量に対して電圧降下を最大化するために、抵抗器が高い抵抗値を持たなければならないことを意味します（与えられた電流×高電圧は高電力に等しい）。

ポテンシャルと運動エネルギー

これは、機械的な観点から容量性および誘導性のエネルギー貯蔵を検討することで同様に理解できます。エネルギーを静電的に蓄積するコンデンサは、位置エネルギーの貯蔵庫です。 。インダクター、エネルギーを電磁的に（電気的に動的に ）、運動エネルギーの貯蔵庫です 。

機械的な用語では、位置エネルギーは吊り下げられた質量で表すことができ、運動エネルギーは移動する質量で表すことができます。次の図をコンデンサの例えとして考えてみましょう。

斜面の頂上にあるカートは、重力の影響と丘の上の高い位置のために位置エネルギーを持っています。カートのブレーキシステムがシステムの抵抗に類似しており、カート自体がコンデンサであると考える場合、どのような抵抗値がその位置エネルギーの急速な放出を促進しますか？

もちろん、最小抵抗（ブレーキなし）を使用すると、カートの高度が最も速く低下します。ブレーキをかけないと、カートは自由に下り坂を転がり、高さを失うと位置エネルギーを消費します。最大のブレーキ動作（ブレーキがしっかりと設定されている）では、カートは回転を拒否し（または非常にゆっくりと回転します）、位置エネルギーを長期間保持します。同様に、容量性回路は、抵抗が低い場合は急速に放電し、抵抗が高い場合はゆっくりと放電します。

次に、インダクタの機械的なアナロジーを考えてみましょう。蓄積されたエネルギーを運動形式で示します。

今回はカートは平らな地面にあり、すでに動いています。そのエネルギーは運動（運動）であり、ポテンシャル（高さ）ではありません。繰り返しになりますが、カートのブレーキシステムが回路抵抗に類似しており、カート自体がインダクタであると考える場合、どの抵抗値がその運動エネルギーの急速な放出を促進しますか？

もちろん、最大抵抗（最大ブレーキ動作）はそれを最も速く遅くします！最大のブレーキ作用により、カートはすぐに停止し、減速するときに運動エネルギーを消費します。ブレーキをかけなくても、カートは無期限に自由に転がり（空力抵抗や転がり抵抗などの他の摩擦源を除いて）、運動エネルギーを長期間保持します。

同様に、誘導回路は、抵抗が高い場合は急速に放電し、抵抗が低い場合はゆっくりと放電します。

うまくいけば、この説明が時定数と抵抗の問題、および容量性回路と誘導性回路で2つの関係が反対である理由にさらに光を当てることができます。

関連するワークシート：

• 時定数回路ワークシート