電験三種 平成24年度(2012) 理論 問1 過去問解説

問1 《静電気(電荷をためたコンデンサのつなぎ方と電圧)》
図1及び図2のように,静電容量がそれぞれ 4[μF]と 2[μF]のコンデンサ $C_1$ 及び $C_2$,スイッチ $\mathrm{S_1}$ 及び $\mathrm{S_2}$ からなる回路がある。コンデンサ $C_1$ と $C_2$ には,それぞれ 2[μC]と 4[μC]の電荷が図のような極性で蓄えられている。この状態から両図ともスイッチ $\mathrm{S_1}$ 及び $\mathrm{S_2}$ を閉じたとき,図1のコンデンサ $C_1$ の端子電圧を $V_1$[V],図2のコンデンサ $C_1$ の端子電圧を $V_2$[V]とすると,電圧比 $\left|\dfrac{V_1}{V_2}\right|$ の値として,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問1の図
  1. (1) $\dfrac{1}{3}$
  2. (2) 1
  3. (3) 3
  4. (4) 6
  5. (5) 9
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正解は(3)
使う公式
電荷と電圧 $V = \dfrac{Q}{C}$(V:電圧[V]、Q:電荷[C]、C:静電容量[F]) 並列の合成静電容量 $C = C_1 + C_2$
解説
【考え方】スイッチを閉じると、2つのコンデンサは並列になります。合わせた電荷を、合わせた静電容量で割ると電圧が出ます。 ■1 図1(+どうしをつなぐ) 解説の図 上の板どうしが+なので、電荷はそのまま足し算になります。 電荷 $2 + 4 = 6\,\mu\mathrm{C}$ 静電容量 $4 + 2 = 6\,\mu\mathrm{F}$ $V_1 = \dfrac{6\,\mu\mathrm{C}}{6\,\mu\mathrm{F}} = 1\,\mathrm{V}$ ■2 図2(+と−をつなぐ) 解説の図 上の板が+と−なので、電荷の一部が打ち消し合います。 電荷 $4 - 2 = 2\,\mu\mathrm{C}$ 静電容量は同じく 6 μF です。 $V_2 = \dfrac{2\,\mu\mathrm{C}}{6\,\mu\mathrm{F}} = \dfrac{1}{3}\,\mathrm{V}$ ■3 比を出す $\left|\dfrac{V_1}{V_2}\right| = \dfrac{1}{1/3} = 3$ 答えは(3)ピヨ。
出典:平成24年度(2012) 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