電験三種 平成22年度(2010) 理論 問6 過去問解説

問6 《直流回路(抵抗を足したときの電圧から短絡電流を求める)》
図1の直流回路において,端子a-c間に直流電圧 100[V]を加えたところ,端子b-c間の電圧は 20[V]であった。また,図2のように端子b-c間に 150[Ω]の抵抗を並列に追加したとき,端子b-c間の端子電圧は 15[V]であった。いま,図3のように端子b-c間を短絡したとき,電流 $I$[A]の値として,正しいのは次のうちどれか。
問6の図
  1. (1) 0
  2. (2) 0.10
  3. (3) 0.32
  4. (4) 0.40
  5. (5) 0.67
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正解は(4)
使う公式
電圧の分かれ方 $V_1 : V_2 = R_1 : R_2$(直列の抵抗では、電圧は抵抗の大きさに比例して分かれる) 並列の合成抵抗 $R_{\mathrm{p}} = \dfrac{R_a R_b}{R_a + R_b}$ オームの法則 $I = \dfrac{V}{R}$
解説
【考え方】図1と図2から、$R_1$ と $R_2$ の値を出します。図3では $R_2$ に電流が流れないので、$R_1$ だけで電流が決まります。 ■1 図1:R₁ と R₂ の比 解説の図 $R_2$ に 20 V、$R_1$ に残りの 80 V がかかります。 $R_1 : R_2 = 80 : 20$ → $R_1 = 4R_2$ ■2 図2:R₂ の値を出す 解説の図 $R_2$ と 150 Ω の並列部分を $R_{\mathrm{p}}$ とします。$R_{\mathrm{p}}$ に 15 V、$R_1$ に 85 V がかかります。 $R_1 = \dfrac{85}{15}R_{\mathrm{p}} = \dfrac{17}{3}R_{\mathrm{p}}$ $R_1 = 4R_2$、$R_{\mathrm{p}} = \dfrac{150R_2}{150 + R_2}$ を入れます。 $4R_2 = \dfrac{17}{3} \times \dfrac{150R_2}{150 + R_2}$ 両辺を $R_2$ で割ります。 $4 = \dfrac{17}{3} \times \dfrac{150}{150 + R_2}$ $\dfrac{17}{3} \times 150 = 850$ なので、両辺に $150 + R_2$ をかけます。 $4(150 + R_2) = 850$ $600 + 4R_2 = 850$ $4R_2 = 250$ → $R_2 = 62.5\,\Omega$ $R_1 = 4 \times 62.5 = 250\,\Omega$ ■3 図3:短絡したときの電流 解説の図 短絡(抵抗0の線でつなぐこと)すると、電流は $R_2$ ではなく短絡線のほうを流れます。 $I = \dfrac{100}{250} = 0.40\,\mathrm{A}$ 答えは(4)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6