第三種電気主任技術者・2017年度・理論

2017年度 理論 問10

図のように、電圧 E [V] E \, [\mathrm{V}] の直流電源に、開いた状態のスイッチS、R1 [Ω] R_1 \, [\Omega] の抵抗、R2 [Ω] R_2 \, [\Omega] の抵抗及び電流が0Aのコイル(インダクタンス L [H] L \, [\mathrm{H}] )を接続した回路がある。次の文章は、この回路に関する記述である。

  1. スイッチSを閉じた瞬間(時刻 t=0 s t=0 \, \mathrm{s} )に R1 [Ω] R_1 \, [\Omega] の抵抗に流れる電流は、 (ア)  [A] \fbox{ (ア) } \, [\mathrm{A}] となる。
  2. スイッチSを閉じて回路が定常状態とみなせるとき、R1 [Ω] R_1 \, [\Omega] の抵抗に流れる電流は、 (イ)  [A] \fbox{ (イ) } \, [\mathrm{A}] となる。

上記の記述中の空白箇所(ア)及び(イ)に当てはまる式の組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

2017年度 理論 問10の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2017年度 理論 問10

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正答:(1)

要点

正解は(1)。正解の組み合わせは、(ア) ER1+R2 \dfrac{E}{R_1+R_2} 、(イ) ER1 \dfrac{E}{R_1} です。これは選択肢(1)です。

詳細解説を読む

正解は(1)です。
回路図は、電源 E E にスイッチSがつながり、その後に R1 R_1 が直列に入っている。
その R1 R_1 の後で、R2 R_2 の枝とコイル L L の枝が並列になっているように見えます。
あるいは、R1 R_1 と R2 R_2 が直列で、R2 R_2 に L L が並列?
図を確認します。
電源 -> スイッチS -> 抵抗R1 -> 分岐点。
分岐点から下へR2。分岐点から右へコイルL。
これらが合流して電源に戻る。
つまり、R1 R_1 と、並列回路(R2//L R_2 // L )が直列に接続されています。

  1. スイッチ投入直後 (t=0 t=0 ):
    コイルには電流が流れていないため、急激な電流変化を妨げる働きにより、投入直後は開放(断線)状態とみなせます。
    したがって、電流はコイルの方には流れず、すべて R2 R_2 の方を流れます。
    回路は R1 R_1 と R2 R_2 の直列回路となります。
    よって、電流 I(0)=ER1+R2 I(0) = \dfrac{E}{R_1 + R_2} 。

  2. 定常状態 (t→∞ t \to \infty ):
    コイルの過渡現象が終わり、直流電流に対してはコイルは短絡(抵抗0の導線)とみなせます。
    すると、R2 R_2 は短絡されるため、電流はすべて抵抗のないコイル側を流れます(R2 R_2 には流れない)。
    回路は R1 R_1 と短絡路のみとなるため、実質的に R1 R_1 だけの回路です。
    よって、電流 I(∞)=ER1 I(\infty) = \dfrac{E}{R_1} 。

正解の組み合わせは、(ア) ER1+R2 \dfrac{E}{R_1+R_2} 、(イ) ER1 \dfrac{E}{R_1} です。
これは選択肢(1)です。

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