電験三種 令和2年度(2020) 理論 問16(a) 過去問解説

問16(a) 《電気計測(直流電圧計の直列接続)》
最大目盛 $150\,\mathrm{V}$,内部抵抗 $18\,\mathrm{k\Omega}$ の直流電圧計 $\mathrm{V_1}$ と最大目盛 $300\,\mathrm{V}$,内部抵抗 $30\,\mathrm{k\Omega}$ の直流電圧計 $\mathrm{V_2}$ の二つの直流電圧計がある。ただし,二つの直流電圧計は直動式指示電気計器を使用し,固有誤差はないものとする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 (a) 二つの直流電圧計を直列に接続して使用したとき,測定できる電圧の最大の値[V]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
  1. (1) 150
  2. (2) 225
  3. (3) 300
  4. (4) 400
  5. (5) 450
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正解は(4)
使う公式
電圧計に流れる電流 $I = \dfrac{V}{r}$(V:最大目盛[V]、r:内部抵抗[Ω]) 直列の電圧 $V = I(r_1 + r_2)$(直列では、どちらの電圧計にも同じ電流が流れる)
解説
【考え方】直列につなぐと、2つの電圧計に同じ電流が流れます。先に最大目盛になる方で、測れる上限が決まります。 ■1 それぞれの最大電流 18 kΩ=18×10³ Ω、30 kΩ=30×10³ Ω です。 $V_1:\dfrac{150}{18 \times 10^3} \fallingdotseq 8.33 \times 10^{-3}\,\mathrm{A} = 8.33\,\mathrm{mA}$ $V_2:\dfrac{300}{30 \times 10^3} = 10 \times 10^{-3}\,\mathrm{A} = 10\,\mathrm{mA}$ ■2 小さい方で決まる 8.33 mAより多く流すと、V₁ の針がふり切れます。 だから流せる電流は、V₁ の最大電流 $\dfrac{150}{18 \times 10^3}\,\mathrm{A}$ までです。 この電流が、2つの内部抵抗の合計 48 kΩ に流れます。 $V = \dfrac{150}{18 \times 10^3} \times 48 \times 10^3$ $= \dfrac{150 \times 48}{18}$ $= 400\,\mathrm{V}$ 答えは(4)ピヨ。
出典:令和2年度(2020) 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16(a)