第三種電気主任技術者・2015年度・理論

2015年度 理論 問15(a)

図のように、a-b間の長さが15cm、最大値が30Ωのすべり抵抗器 R R 、電流計、検流計、電池 E0 E_0 [V]、電池 Ex E_x [V] が接続された回路がある。この回路において次のような実験を行った。
実験I: 図1でスイッチSを開いたとき、電流計は200mAを示した。
実験II: 図1でスイッチSを閉じ、すべり抵抗器 R R の端子cをbの方向へ移動させて行き、検流計が零を指したとき移動を停止した。このとき、a-c間の距離は4.5cmであった。
実験III: 図2に配線を変更したら、電流計の値は50mAであった。
次の(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし、各計測器の内部抵抗及び接触抵抗は無視できるものとし、また、すべり抵抗器 R R の長さ [cm] と抵抗値 [Ω \Omega ] とは比例するものであるとする。

電池 Ex E_x の起電力の値 [V] として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

2015年度 理論 問15(a)の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2015年度 理論 問15(a)

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正答:(4)

要点

正解は(4)。Ex E_x の起電力 実験Iより、スイッチS開放時の主回路電流 I=200 mA=0.2 A I = 200\,\text{mA} = 0.2\,\text{A} です。実験IIより、スイッチSを閉じて検流計が0になったとき、a-c間の電圧降下が Ex E_x と釣り合っています。

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すべり抵抗器の抵抗率は、30 Ω/15 cm=2 Ω/cm 30\,\Omega / 15\,\text{cm} = 2\,\Omega/\text{cm} です。

Ex E_x の起電力
実験Iより、スイッチS開放時の主回路電流 I=200 mA=0.2 A I = 200\,\text{mA} = 0.2\,\text{A} です。
実験IIより、スイッチSを閉じて検流計が0になったとき、a-c間の電圧降下が Ex E_x と釣り合っています。検流計電流が0なので、主回路電流は変わらず 0.2 A 0.2\,\text{A} です。
a-c間の距離は 4.5 cm なので、抵抗 Rac=4.5×2=9 Ω R_{ac} = 4.5 \times 2 = 9\,\Omega 。
電圧降下 Vac=I×Rac=0.2×9=1.8 V V_{ac} = I \times R_{ac} = 0.2 \times 9 = 1.8\,\text{V} 。
よって、Ex=1.8 V E_x = 1.8\,\text{V} 。

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