電験三種 令和6年度(2024) 下期 理論 問9 過去問解説

問9 《交流回路(RC直列回路と周波数)》
4 Ωの抵抗と静電容量が $C$[F]のコンデンサを直列に接続したRC回路がある。このRC回路に,周波数50 Hzの交流電圧100 Vの電源を接続したところ,20 Aの電流が流れた。では,このRC回路に,周波数60 Hzの交流電圧100 Vの電源を接続したとき,RC回路に流れる電流の値[A]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) 16.7
  2. (2) 18.6
  3. (3) 21.2
  4. (4) 24.0
  5. (5) 25.6
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正解は(3)
使う公式
インピーダンス $Z = \sqrt{R^2 + X_C^2}$(Z:インピーダンス[Ω]、R:抵抗[Ω]、X_C:容量性リアクタンス[Ω]) 容量性リアクタンス $X_C = \dfrac{1}{2\pi f C}$(f:周波数[Hz]、C:静電容量[F]) 電流 $I = \dfrac{V}{Z}$(V:電圧[V])
解説
【考え方】50 Hzのときの値からコンデンサのリアクタンスを求め、60 Hzに直して電流を計算します。 ■1 50 Hzのインピーダンス インピーダンス(交流での電流の流れにくさ)は、電圧÷電流です。 $Z = \dfrac{100}{20} = 5\,\Omega$ ■2 50 Hzのコンデンサのリアクタンス $Z = \sqrt{R^2 + X_C^2}$ なので $X_C = \sqrt{5^2 - 4^2} = \sqrt{9} = 3\,\Omega$ ■3 60 Hzに直す X_C は周波数に反比例します(周波数が高いほど小さくなる)。 $X_C' = 3 \times \dfrac{50}{60} = 2.5\,\Omega$ ■4 60 Hzのインピーダンスと電流 $Z' = \sqrt{4^2 + 2.5^2} = \sqrt{16 + 6.25}$ $= \sqrt{22.25} \fallingdotseq 4.72\,\Omega$ $I = \dfrac{100}{4.72} \fallingdotseq 21.2\,\mathrm{A}$ 答えは(3)ピヨ。
出典:令和6年度(2024) 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9