23418928:東大物理2015年第2問 優実 2018/07/16 (Mon) 22:54:46
失礼致します。

早速東大物理25年に取り組みました。2015年の問題の第2問のⅣの(1)ですが、立式の段階でI1+I2+I3+…IN(Inは抵抗nを流れる電流です)が出てくると思いますが、この値が0になる理由がよくわからないです。解説動画も拝見させていただいたんですが、キルヒホッフの第1法則によるという説明ですが、ここがどうしてもわからないです。キルヒホッフの第1法則がどのように関係しているのか、もう少し詳しく教えていただけないでしょうか。
よろしくお願いします。
23419842:Re: 東大物理2015年第2問 管理人 2018/07/17 (Tue) 17:45:06
電流I1~INの正の向きは統一して考えます。仮に、図の左向き(レールP→レールQ)を正の向きとします。
このとき、例えば図の棒1の右端(レールPとの接点)について考えると、
「この点から流れ出ていく電流」=I1+I2+・・・+IN
であり、これが0であることを示すのがキルヒホッフの第1法則です。
(すべて流れ出ていくとして考えています。実際には流れ込んでくる電流もあるわけですが、例えば棒1から流れ込んでくる場合はI1<0となるわけで、そのことを加味しても
I1+I2+・・・+IN=0
となります。
23420219:Re: 東大物理2015年第2問 優実 2018/07/17 (Tue) 22:25:37
ご回答ありがとうございます。

棒nとPの交点をBn、Qの交点Anとします。A1からI1の電流が流れ出て、B1にI1の電流が流れ込み、A2からI2の電流が流れ出て、B2にI2の電流が流れ込み、A3からI3の電流が流れ出て、B3にI3の電流が流れ込み、・・・以下同様にAnからInの電流が流れ出て、BnにInの電流が流れ込む、というのがキルヒホッフの第1法則ではないでしょうか。

<「この点から流れ出ていく電流」=I1+I2+・・・+IN

この部分がよくわかりませんでした。どうしてB1からI1+I2+・・・+INの電流が流れ出ていくんでしょうか。B1から出る電流はI1だけではないでしょうか。

ANにはI1+I2+・・・+I(N-1)の電流が流れ込み、棒NにはI1+I2+・・・+I(N-1)と反対向きに電流が流れるので、-IN=I1+I2+・・・+I(N-1)になるのでは、と考えてみたんですが、こう考えると、BNから電流が流れ出ないことになり、キルヒホッフの第1法則が成り立たないことになってしまいます。




23420238:Re: 東大物理2015年第2問 管理人 2018/07/17 (Tue) 22:37:42
点B1から流れ出る電流はI1だけではありません。
点B1からは「棒1へI1」と「レールPの上側へI2+・・・+IN」が流れ出ています。
レールPの上側へ流れ出たI2+・・・+INは、点B2へ達すると「棒2へのI2」と「レールPの上側へのI3+・・・+IN」に枝分かれします。
次は、レールPの上側へ流れ出たI3+・・・+INは、点B3へ達すると「棒3へのI3」と「レールPの上側へのI4+・・・+IN」に枝分かれします。
こういう感じで続いていきます。
23421816:Re: 東大物理2015年第2問 優実 2018/07/19 (Thu) 00:01:06
ご回答ありがとうございます。

<点B1からは「棒1へI1」と「レールPの上側へI2+・・・+IN」が流れ出ています。
レールPの上側へ流れ出たI2+・・・+INは、点B2へ達すると「棒2へのI2」と「レールPの上側へのI3+・・・+IN」に枝分かれします。
次は、レールPの上側へ流れ出たI3+・・・+INは、点B3へ達すると「棒3へのI3」と「レールPの上側へのI4+・・・+IN」に枝分かれします。

この結果、A1からはI1が、A2からはI1+I2が、A3からはI1+I2+I3が・・・ANからはI1+I2+I3+・・・+I(N-1)が流れ出て、一方で棒NにはBNからANの向きにINが流れ出るので、-IN=I1+I2+I3+・・・+I(N-1)となって、I1+I2+I3+・・・+I(N-1)+IN=0になるということでしょうか。
23422025:Re: Re: 東大物理2015年第2問 管理人 2018/07/19 (Thu) 06:32:19
そのように考えれば理解しやすいのであれば、それで大丈夫だと思います。
あまり考えすぎても混乱するばかりかもしれませんが、これから勉強を進めて、数ヶ月後に振り返れば、この件はもっとラクに理解できると思います。
23423203:Re: 東大物理2015年第2問 優実 2018/07/19 (Thu) 23:12:19
ご回答ありがとうございます。助かりました。