第三種電気主任技術者・2012年度・理論
2012年度 理論 問10
図のように、R1=20 [Ω] と R2=30 [Ω] の抵抗、静電容量 C=100π1 [F] のコンデンサ、インダクタンス L=4π1 [H] のコイルからなる回路に周波数 f [Hz] で実効値 V [V] が一定の交流電圧を加えた。f=10 [Hz] のときに R1 を流れる電流の大きさを I10Hz [A], f=10 [MHz] のときに R1 を流れる電流の大きさを I10MHz [A] とする。このとき、電流比 I10MHzI10Hz の値として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
出典:第三種電気主任技術者 2012年度 理論 問10
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正答:(1)
要点
正解は(1)。共振周波数は f0=2πLC1=10[Hz] である。したがって 10 Hz では並列部が開放状態となり Z10Hz=R1+R2=50[Ω]、I10Hz=V/50 である。10 MHz ではコンデンサがほぼ短絡となって Z10MHz=R1=20[Ω]、I10MHz=V/20 なので、比は I10MHzI10Hz=V/20V/50=0.4 となる。
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正解は(1)です。
共振周波数の確認:
並列共振周波数 f0=2πLC1=2π4π1⋅100π11=2π400π211=2π⋅20π11=10 [Hz]。
f=10 Hz のとき:
回路は並列共振状態にある。並列部分(LとC)のインピーダンスは無限大(理想的には開放)とみなせるため、電流は R2 の枝にのみ流れる。
回路の合成抵抗 Z10Hz=R1+R2=20+30=50 [Ω]。
電流 I10Hz=50V。
f=10 MHz のとき:
周波数が非常に高いため、コンデンサのリアクタンス XC=2πfC1 はほぼ0(短絡状態)となる。
並列部分は短絡状態となるため、電流は全てコンデンサの枝を通り、R2には流れない。
回路の合成抵抗 Z10MHz=R1=20 [Ω]。
電流 I10MHz=20V。
電流比:
I10MHzI10Hz=V/20V/50=5020=0.4
以上より、選択肢(1)が正解です。