第三種電気主任技術者・2022年度 下期・理論

2022年度 下期 理論 問4

図のように、無限に長い3本の直線状導体が真空中に10cmの間隔で正三角形の頂点の位置に置かれている。3本の導体にそれぞれ7Aの直流電流を同一方向に流したとき、各導体1m当たりに働く力の大きさ F0 F_{0} の値 [N/m]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし、無限に長い2本の直線状導体を r r [m] 離して平行に置き、2本の導体にそれぞれ I I [A]の直流電流を同一方向に流した場合、各導体1m当たりに働く力の大きさ F F の値 [N/m]は、次式で与えられるものとする。
F=2I2r×10−7 F=\dfrac{2I^{2}}{r}\times10^{-7}

2022年度 下期 理論 問4の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2022年度 下期 理論 問4

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正答:(3)

要点

正解は(3)。同方向電流の導体どうしには引力が働きます。頂点の導体に働く2本の力は大きさが等しく、なす角が60°なので、合力を 2fcos⁡30∘2f\cos30^\circ で求める点が決め手です。

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1つの導体(頂点)に着目する。他の2つの導体(底辺の2点)からの力を考える。
電流はすべて同一方向なので、導体間には引力が働く。
各導体間の力 f f の大きさは、
f=2×720.10×10−7=980.1×10−7=9.8×10−5 [N/m] f = \dfrac{2 \times 7^{2}}{0.10} \times 10^{-7} = \dfrac{98}{0.1} \times 10^{-7} = 9.8 \times 10^{-5} \text{ [N/m]}
着目する導体には、他の2本の導体からそれぞれ大きさ f f の引力が働く。正三角形の配置なので、この2つの力のなす角は 60∘ 60^{\circ} である。
合力 F0 F_{0} は、
F0=2fcos⁡30∘=3f F_{0} = 2f \cos 30^{\circ} = \sqrt{3} f
F0=1.732×9.8×10−5≈16.97×10−5=1.697×10−4 [N/m] F_{0} = 1.732 \times 9.8 \times 10^{-5} \approx 16.97 \times 10^{-5} = 1.697 \times 10^{-4} \text{ [N/m]}
最も近い値は 1.70×10−4 1.70 \times 10^{-4} である。

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