イージーセンスV-Hubで見る交流回路と位相のズレ

ケン博士
サイエンストレーナーの桑子研です。 

高校3年生の交流回路の実験で、抵抗・コンデンサ・コイルに対して、電流と電圧の位相がどの程度ずれるのかを観察する実験を行いました。

用意したのは、電源装置、抵抗25Ω、コイル、コンデンサ、豆電球、そしてイージーセンスV-Hubと、電流センサ1A、電圧センサ1Vです。通常測定(リアルタイム測定)だと、1秒で50回振動をするためにとらえることはできません。

そこでイージーセンスのアプリの測定間隔を100ms(0.1s)にして実験をします。このときイージーセンスの電流計・電圧計の+と−の向きに注意をして回路を作ります。こちらが実験結果です。まずは抵抗の場合。赤が電流、青が電圧で、同周期ということがよくわかりますね。

次はコンデンサーです。コンデンサーの場合は、電流のほうが電圧よりも先行していることがわかります。位相差は、π/2に近くにありました。

最後にコイルです。コイルの場合は、電圧のほうが電流よりも先行していますね。位相差はだいたいπ/2に近いですね。

このように、位相差がずれるということが見た目としてわかる実験でおすすめです。揃えるものは多いですが、交流回路のあたりの実験の中では手軽にできるようなものかなとおもいます。

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桑子 研(くわこけん)
 1981年群馬県生まれ。サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など10冊。