電験三種 平成22年度(2010) 理論 問10 過去問解説
図に示す回路において,スイッチSを閉じた瞬間(時刻 $t = 0$)に点Aを流れる電流を $I_0$[A]とし,十分に時間が経ち,定常状態に達したのちに点Aを流れる電流を $I$[A]とする。電流比 $\dfrac{I_0}{I}$ の値を2とするために必要な抵抗 $R_3$[Ω]の値を表す式として,正しいのは次のうちどれか。
ただし,コンデンサの初期電荷は零とする。

- (1) $\dfrac{R_1}{R_1 + R_2}\left(\dfrac{R_1}{2} + R_2\right)$
- (2) $\dfrac{R_1}{R_1 + R_2}\left(\dfrac{R_2}{3} - R_1\right)$
- (3) $\dfrac{R_1}{R_1 + R_2}(R_1 - R_2)$
- (4) $\dfrac{R_2}{R_1 + R_2}(R_1 + R_2)$
- (5) $\dfrac{R_2}{R_1 + R_2}(R_2 - R_1)$
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正解は(5)
使う公式
オームの法則 $I = \dfrac{E}{R}$(I:電流[A]、E:電源の電圧[V]、R:回路全体の抵抗[Ω])
並列の合成抵抗 $R = \dfrac{R_a R_b}{R_a + R_b}$
解説
【考え方】コンデンサは、スイッチを入れた瞬間は「ただの電線」、十分に時間がたつと「切れた線」と考えます。2つの場合の電流を式にして、比を2とおきます。
■1 スイッチを入れた瞬間
コンデンサは電荷が0なので、電線と同じです。$R_2$ と $R_3$ の並列になります。
電源の電圧を E とします。
$I_0 = \dfrac{E}{R_1 + \dfrac{R_2 R_3}{R_2 + R_3}}$
■2 十分に時間がたったとき
コンデンサに電流は流れません。$R_3$ の道はなくなります。
$I = \dfrac{E}{R_1 + R_2}$
■3 比を2とおく
$\dfrac{I_0}{I} = 2$ なので
$R_1 + R_2 = 2\left(R_1 + \dfrac{R_2 R_3}{R_2 + R_3}\right)$
右のかっこを開きます。
$R_1 + R_2 = 2R_1 + \dfrac{2R_2 R_3}{R_2 + R_3}$
$2R_1$ を左へ移します。
$R_2 - R_1 = \dfrac{2R_2 R_3}{R_2 + R_3}$
両辺に $R_2 + R_3$ をかけます。
$(R_2 - R_1)(R_2 + R_3) = 2R_2 R_3$
■4 R₃ について解く
$R_2(R_2 - R_1) + R_3(R_2 - R_1) = 2R_2 R_3$
$R_3(R_2 - R_1 - 2R_2) = -R_2(R_2 - R_1)$
$-R_3(R_1 + R_2) = -R_2(R_2 - R_1)$
$R_3 = \dfrac{R_2}{R_1 + R_2}(R_2 - R_1)$
答えは(5)ピヨ。
出典:平成22年度(2010) 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10