電験三種 令和5年度(2023) 下期 理論 問10 過去問解説

問10 《過渡現象(RC回路の放電)》
図のように,電圧 $E$[V]の直流電源,スイッチS,$R$[Ω]の抵抗及び静電容量 $C$[F]のコンデンサからなる回路がある。この回路において,スイッチSを1側に接続してコンデンサを十分に充電した後,時刻 $t = 0$ sでスイッチSを1側から2側に切り換えた。2側に切り換えた以降の記述として,誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 ただし,自然対数の底は,2.718とする。
問10の図
  1. (1) 回路の時定数は,$C$ の値[F]に比例する。
  2. (2) コンデンサの端子電圧 $v_{\mathrm{C}}$[V]は,$R$ の値[Ω]が大きいほど緩やかに減少する。
  3. (3) 時刻 $t = 0$ sから回路の時定数だけ時間が経過すると,コンデンサの端子電圧 $v_{\mathrm{C}}$[V]は直流電源の電圧 $E$[V]の0.368倍に減少する。
  4. (4) 抵抗の端子電圧 $v_{\mathrm{R}}$[V]の値は負である。
  5. (5) 時刻 $t = 0$ sにおける回路の電流 $i$[A]は,$C$ の値[F]に関係する。
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正解は(5)
使う公式
時定数 $\tau = RC$(τ:時定数(変化の速さの目安)[s]) 放電の電圧 $v_{\mathrm{C}} = E\,e^{-\frac{t}{RC}}$(e:自然対数の底(2.718)) はじめの電流の大きさ $\dfrac{E}{R}$
解説
【考え方】2側にすると、コンデンサにたまった電気が R を通って流れ出ます(放電)。電流の向きと、電圧の減り方を図で確かめます。 ■1 (4) 放電の電流の通り道 解説の図 電流は、コンデンサの上から R を左へ通り、2側を通ってもどります。 図の i の矢印と逆向きなので、$v_{\mathrm{R}}$ は負です。(4) は正しいです。 ■2 (1)(2)(3) 電圧の減り方 解説の図 (1) 時定数 $\tau = RC$ は C に比例します。正しいです。 (2) R が大きいほど時定数が大きく、ゆっくり減ります。正しいです。 (3) $t = \tau$ では $v_{\mathrm{C}} = E\,e^{-1} = \dfrac{E}{2.718} \fallingdotseq 0.368E$ です。正しいです。 ■3 (5) はじめの電流 $t = 0$ の瞬間、コンデンサの電圧は E なので、電流の大きさは $\dfrac{E}{R}$ です。 C は入らないので、(5) は誤りです。 答えは(5)ピヨ。
出典:令和5年度(2023) 下期 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10