電験三種 令和6年度(2024) 上期 理論 問1 過去問解説
図1に示すような，空気を含む二つの誘電体からなる平行平板電極がある。この下部電極を接地し，上部電極に電圧を加えたときの電極間の等電位線の分布を示す断面図として，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
ただし，誘電体の導電性及び電極と誘電体の端効果は無視できるものとする。
参考までに固体誘電体を取り除いた，空気中平行平板電極の場合の等電位線の分布を図2に示す。（選択肢(1)〜(5)の図は，図1・図2の下にあります。下側が接地電極です。）
- (1) (1)の図
- (2) (2)の図
- (3) (3)の図
- (4) (4)の図
- (5) (5)の図
答えと解説を見る
正解は(5)
使う公式
電束密度 $D = \varepsilon_0 \varepsilon_r E$（$D$：電束密度[$\mathrm{C/m^2}$]、$\varepsilon_r$：比誘電率、$E$：電界の強さ[V/m]）
解説
【考え方】上下に重なった層では、どちらも電束密度 D が同じです。なので、電界の強さは比誘電率に反比例します。
■1 電束密度は同じ
2つの層は上下に重なっているので、上から下へ同じ電束（電気の力の線の束）が通りぬけます。
なので、どちらの層でも D は同じです。
■2 電界の強さをくらべる
$E = \dfrac{D}{\varepsilon_0 \varepsilon_r}$ なので、比誘電率が小さいほど電界が強くなります。
空気（$\varepsilon_r = 1$）の電界は、固体（$\varepsilon_r = 6$）の6倍です。
■3 等電位線の間かく
電界が強い所ほど、少し進むだけで電圧が大きく変わります。
なので、電界が強い所ほど等電位線（電圧が同じ点を結んだ線）がこみ合います。
■4 図を選ぶ
図1では空気が上側です。
上側（空気）の線が密で、下側（固体）の線がまばらな図が正しいです。
答えは(5)ピヨ。
出典：令和6年度（2024） 上期 第三種電気主任技術者試験（電気技術者試験センター）理論 問1