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2024年度 上期 理論 問8
図のように、二つのLC直列共振回路 A, B があり、それぞれの共振周波数が f A f_A f A [Hz], f B f_B f B [Hz] である。これら A, B をさらに直列に接続した場合、全体としての共振周波数が f A B f_{AB} f A B [Hz] になった。f A f_A f A 及び f A B f_{AB} f A B の大小関係として、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。 (図:回路Aは L L L と C C C 。回路Bは 2 L 2L 2 L と C C C )
出典:第三種電気主任技術者 2024年度 上期 理論 問8
回答を選ぶ 選択すると結果を表示 1 f A < f B < f A B f_A < f_B < f_{AB} f A < f B < f A B
2 f A < f A B < f B f_A < f_{AB} < f_B f A < f A B < f B
3 f B < f A B < f A f_B < f_{AB} < f_A f B < f A B < f A
4 f A B < f A < f B f_{AB} < f_A < f_B f A B < f A < f B
5 f A B < f B < f A f_{AB} < f_B < f_A f A B < f B < f A
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正答・解説を確認する 正答:(3) 要点 正解は(3)。各回路の共振周波数は f = 1 / ( 2 π L C ) f=1/(2\pi\sqrt{LC}) f = 1/ ( 2 π L C ) で決まります。A と B をさらに直列につなぐと、インダクタンスは加算され、コンデンサは直列合成で小さくなるので、その結果を f A f_A f A と比べれば大小関係が判断できます。
詳細解説を読む 正解は(3)です。 この問題では、A・B 単体の L C LC L C 積と、直列接続後の合成 L C LC L C 積を比べるのがポイントです。
共振周波数は f = 1 2 π L C f = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}} f = 2 π L C 1 で決まります。 回路A: f A = 1 2 π L C f_A = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}} f A = 2 π L C 1 回路B: インダクタンスが 2 L 2L 2 L なので、f B = 1 2 π 2 L C = 1 2 f A ≈ 0.707 f A f_B = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{2LC}} = \dfrac{1}{\sqrt{2}}f_A \approx 0.707 f_A f B = 2 π 2 L C 1 = 2 1 f A ≈ 0.707 f A 直列接続 (A+B): 全体のインダクタンス L t o t a l = L + 2 L = 3 L L_{total} = L + 2L = 3L L t o t a l = L + 2 L = 3 L 全体の静電容量 C t o t a l = C ⋅ C C + C = C 2 C_{total} = \dfrac{C \cdot C}{C+C} = \dfrac{C}{2} C t o t a l = C + C C ⋅ C = 2 C 全体の共振周波数 f A B = 1 2 π 3 L ⋅ C 2 = 1 2 π 1.5 L C = 1 1.5 f A ≈ 0.816 f A f_{AB} = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{3L \cdot \frac{C}{2}}} = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{1.5LC}} = \dfrac{1}{\sqrt{1.5}}f_A \approx 0.816 f_A f A B = 2 π 3 L ⋅ 2 C 1 = 2 π 1.5 L C 1 = 1.5 1 f A ≈ 0.816 f A
大きさの比較:f B ( 0.707 ) < f A B ( 0.816 ) < f A ( 1.0 ) f_B (0.707) < f_{AB} (0.816) < f_A (1.0) f B ( 0.707 ) < f A B ( 0.816 ) < f A ( 1.0 ) よって、f B < f A B < f A f_B < f_{AB} < f_A f B < f A B < f A となります。 以上より、選択肢(3)が正解です。