2014年度 理論 問11
問題文
この問題の誤りを報告図のように、直流電圧 [V] の電源が2個、 [] の抵抗が2個、静電容量 [F] のコンデンサ、スイッチ と からなる回路がある。スイッチ と の初期状態は、共に開いているものとする。電源の内部インピーダンスは零とする。時刻 [s] でスイッチ を閉じ、その後、時定数 [s] に比べて十分に時間が経過した時刻 [s] でスイッチ を開き、スイッチ を閉じる。このとき、コンデンサの端子電圧 [V] の波形を示す図として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
ただし、コンデンサの初期電荷は零とする。
[回路構成]
左ループ：電源 (正極上)、スイッチ 、抵抗 、コンデンサ (中央)
右ループ：コンデンサ 、スイッチ 、抵抗 、電源 (正極下、負極上)
※右側電源の向きに注意。図では長い棒が下側に描かれている（通常の電池記号と逆、あるいは下側が正）。ただし、問題文には「直流電圧E」とあり、図記号の長い線がプラスである。図を見ると、左の電源は上がプラス。右の電源は下がプラス（長い線が下）である。
出典：第三種電気主任技術者 2014年度 理論 問11
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正答：(4)
要点
正解は(4)。時刻 で を閉じる： 左側の電源 （上がプラス）によりコンデンサが充電される。コンデンサの上側端子の電圧 は時定数 で から へと上昇し、定常状態では になる。
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- 時刻 で を閉じる：
左側の電源 （上がプラス）によりコンデンサが充電される。コンデンサの上側端子の電圧 は時定数 で から へと上昇し、定常状態では になる。 - 時刻 で を開き、 を閉じる：
コンデンサ（初期電圧 ）が右側の回路に接続される。
右側の回路には電源 があるが、図記号を確認すると長い線（プラス）が下側にある。つまり、コンデンサの上側端子に対して、抵抗 を介して「負の電位 」が接続される形になる（下側ラインを基準0Vとした場合、右側電源の上側端子は となる）。
回路の目標電圧（最終電圧）は となる。
したがって、電圧 は から始まり、時定数 で に向かって指数関数的に減少する。
この挙動を示すグラフは (4) である。