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=20R_{1}=20 [Ω] と R2=30R_{2}=30 [Ω] の抵抗、静電容量 C=1100πC=\dfrac{1}{100\pi} [F] のコンデンサ、インダクタンス L=14πL=\dfrac{1}{4\pi} [H] のコイルからなる回路に周波数 ff [Hz] で実効値 V [V] が一定の交流電圧を加えた。f=10f=10 [Hz] のときに R1R_{1} を流れる電流の大きさを I10HzI_{10Hz} [A], f=10f=10 [MHz] のときに R1R_{1} を流れる電流の大きさを I10MHzI_{10MHz} [A] とする。このとき、電流比 I10HzI10MHz\dfrac{I_{10Hz}}{I_{10MHz}} 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。

2012年度 理論 問10の問題図1

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=12πLC=10 [Hz]f_0 = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}} = 10 \, [\text{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]Z_{10Hz} = R_1 + R_2 = 50 \, [\Omega]、I10Hz=V/50I_{10Hz} = 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]Z_{10MHz} = R_1 = 20 \, [\Omega]、I10MHz=V/20I_{10MHz} = V/20 なので、比は I10HzI10MHz=V/50V/20=0.4\dfrac{I_{10Hz}}{I_{10MHz}} = \dfrac{V/50}{V/20} = 0.4 となる。

詳細解説を読む

正解は(1)です。
共振周波数の確認:
並列共振周波数 f0=12πLC=12π14π⋅1100π=12π1400π2=12π⋅120π=10f_0 = \dfrac{1}{2\pi \sqrt{LC}} = \dfrac{1}{2\pi \sqrt{\dfrac{1}{4\pi} \cdot \dfrac{1}{100\pi}}} = \dfrac{1}{2\pi \sqrt{\dfrac{1}{400\pi^2}}} = \dfrac{1}{2\pi \cdot \dfrac{1}{20\pi}} = 10 [Hz]。

f=10f=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 R2R_2 の枝にのみ流れる。
回路の合成抵抗 Z10Hz=R1+R2=20+30=50Z_{10Hz} = R_1 + R_2 = 20 + 30 = 50 [Ω]。
電流 I10Hz=V50I_{10Hz} = \dfrac{V}{50}。

f=10f=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=12πfCX_C = \dfrac{1}{2\pi f C} 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、R2R_2には流れない。
回路の合成抵抗 Z10MHz=R1=20Z_{10MHz} = R_1 = 20 [Ω]。
電流 I10MHz=V20I_{10MHz} = \dfrac{V}{20}。

電流比:
I10HzI10MHz=V/50V/20=2050=0.4\dfrac{I_{10Hz}}{I_{10MHz}} = \dfrac{V/50}{V/20} = \dfrac{20}{50} = 0.4
以上より、選択肢(1)が正解です。

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