電験三種 平成26年度(2014) 理論 問5 過去問解説

問5 《静電気(コンデンサ3個の充電と点の電位)》
図のように,コンデンサ3個を充電する回路がある。スイッチ $\mathrm{S_1}$ 及び $\mathrm{S_2}$ を同時に閉じてから十分に時間が経過し,定常状態となったとき,a点からみたb点の電圧の値[V]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,各コンデンサの初期電荷は零とする。
問5の図
  1. (1) $-\dfrac{10}{3}$
  2. (2) $-2.5$
  3. (3) $2.5$
  4. (4) $\dfrac{10}{3}$
  5. (5) $\dfrac{20}{3}$
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正解は(3)
使う公式
コンデンサの電荷 $Q = CV$(Q:電荷[C]、C:静電容量[F]、V:電圧[V]) 電荷の保存 どこにもつながっていない部分の電荷の合計は、ずっと 0 のまま
解説
【考え方】a 点を 0 V とし、ほかの点の電位(電気の高さ)を決めます。b 点につながるコンデンサの極板は、ほかから電荷が来ないので、合計がいつも 0 です。 ■1 電位を書きこむ 解説の図 a 点を 0 V とすると、20 V の電源の上は +20 V、10 V の電源の下は −10 V です。 b 点の電位を V とします。 ■2 b 側の電荷の合計は 0 解説の図 b 側の極板にたまる電荷は、それぞれ $C \times (V - \text{相手の電位})$ です。3つの合計が 0 になります。 静電容量は μF のまま使います(どの項にも同じ単位がつくので、0 とおけば消えます)。 $10(V - 20) + 20(V - 0) + 10(V + 10) = 0$ ■3 V を求める かっこを外します。 $10V - 200 + 20V + 10V + 100 = 0$ $40V = 100$ $V = 2.5\,\mathrm{V}$ 答えは(3)ピヨ。
出典:平成26年度(2014) 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5