電験三種 令和3年度(2021) 理論 問12 過去問解説

問12 《電子の運動(直交する電界と磁界中の等速直線運動)》
図のように,$x$ 方向の平等電界 $E$[V/m],$y$ 方向の平等磁界 $H$[A/m]が存在する真空の空間において,電荷$-e$[C],質量 $m$[kg]をもつ電子が $z$ 方向の初速度 $v$[m/s]で放出された。この電子が等速直線運動をするとき,$v$ を表す式として,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし,真空の誘電率を $\varepsilon_0$[F/m],真空の透磁率を $\mu_0$[H/m]とし,重力の影響を無視する。 また,電子の質量は変化しないものとする。図中の ⊙ は紙面に垂直かつ手前の向きを表す。
問12の図
  1. (1) $\dfrac{\varepsilon_0 E}{\mu_0 H}$
  2. (2) $\dfrac{E}{H}$
  3. (3) $\dfrac{E}{\mu_0 H}$
  4. (4) $\dfrac{H}{\varepsilon_0 E}$
  5. (5) $\dfrac{\mu_0 H}{E}$
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正解は(3)
使う公式
電界から受ける力 $F = eE$(e:電子の電荷の大きさ[C]、E:電界[V/m]) 磁界から受ける力(ローレンツ力) $F = evB = ev\mu_0 H$(v:速さ[m/s]、B:磁束密度[T]、μ₀:真空の透磁率)
解説
【考え方】等速直線運動は、力の合計が0のときに起こります。電界からの力と磁界からの力が、逆向きで同じ大きさになる速さを探します。 ■1 2つの力の向き 解説の図 電子はマイナスなので、電界と逆の −x 向きに引かれます。 磁界からの力(ローレンツ力)は +x 向きです。 ■2 2つの力をつり合わせる 磁束密度は $B = \mu_0 H$ です。 $eE = ev\mu_0 H$ 両辺を $e\mu_0 H$ で割ると $v = \dfrac{E}{\mu_0 H}$ 答えは(3)ピヨ。
出典:令和3年度(2021) 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12