抵抗・コイル・コンデンサ — 電流の進みと遅れ
電流の振幅 Imax
1.00 A
電圧と電流の関係
同位相
パラメータを動かしてみよう
1 まず R(抵抗)で観察する
初期状態は抵抗 R が選ばれています。左の回路図と、右の時系列グラフを眺めてください。
- 左の図: 交流電源と抵抗 R が1つ繋がった単純な回路
- 右のグラフ: 赤線が電圧 v(t)、青線が電流 i(t)。両者はぴったり重なって動いている
- 位相差 φ = 0°、関係は「同位相」
- 抵抗だけの回路では、電流は電圧と息ピッタリに動く
2 L(コイル)に切り替えてみる
素子のトグルを「コイル (L)」に切り替えてください。
- 回路図のコイル(渦巻きの記号)に変わる
- 右のグラフで、電流(青)の波が右にずれた — つまり時間軸上で電圧より遅れて山が来る
- 位相差 φ が −90° に変わり、関係は「遅れ」
- コイルは電流が電圧より 1/4 周期 (90°) 遅れる
3 C(コンデンサ)に切り替えてみる
素子のトグルを「コンデンサ (C)」に切り替えてください。
- 回路図がコンデンサ(平行な2本線の記号)に変わる
- 右のグラフで、電流(青)の波が今度は左にずれた — 電圧より先に山が来る
- 位相差 φ が +90°、関係は「進み」
- コンデンサは電流が電圧より 1/4 周期 (90°) 進む
4 値スライダーをいろいろ動かす
R / L / C を切り替えながら、それぞれの値スライダー(抵抗値 / インダクタンス / 静電容量)を動かしてみてください。
- 電流の振幅 Imax は値に応じて大小が変わる
- でも位相関係(進み・遅れ・同位相)は変わらない — 値を変えても波の形だけが伸び縮みする
- つまり「進み・遅れ」は素子の種類で決まる固有の性質
5 3つの素子の進み・遅れ規則
単一素子の交流回路では、電流が電圧に対してどう動くかは素子の種類だけで決まります:
- 抵抗 R: 同位相(φ = 0°)。電圧と電流が同時に山・谷を迎える
- コイル L: 電流が 90° 遅れる(φ = −90°)
- コンデンサ C: 電流が 90° 進む(φ = +90°)
💡 英語圏では ELI the ICE man という覚え方があります。E(電圧) L(コイル) I(電流) → 「コイルでは E が I より先 = 電流が遅れ」、I(電流) C(コンデンサ) E(電圧) → 「コンデンサでは I が E より先 = 電流が進み」。
この性質は次のラボで扱う RLC 直列・並列回路の基礎になります。複数素子を組み合わせると進みと遅れが打ち消し合ったり、共振したりします。
6 理解度チェック
交流電源にコイルだけをつないだとき、電流は電圧に対してどうなるか?