電験三種 平成23年度(2011) 理論 問7 過去問解説
図のように,可変抵抗 $R_1$[Ω],$R_2$[Ω],抵抗 $R_{\mathrm{x}}$[Ω],電源 $E$[V]からなる直流回路がある。次に示す条件1のときの $R_{\mathrm{x}}$[Ω]に流れる電流 $I$[A]の値と条件2のときの電流 $I$[A]の値は等しくなった。このとき,$R_{\mathrm{x}}$[Ω]の値として,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
条件1:$R_1 = 90$[Ω],$R_2 = 6$[Ω]
条件2:$R_1 = 70$[Ω],$R_2 = 4$[Ω]

- (1) 1
- (2) 2
- (3) 4
- (4) 8
- (5) 12
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正解は(4)
使う公式
並列の合成抵抗 $R = \dfrac{R_a R_b}{R_a + R_b}$
電流の分かれ方 $I = I_0 \times \dfrac{R_2}{R_2 + R_{\mathrm{x}}}$(I₀:分かれる前の電流[A]。電流は、相手側の抵抗に比例して分かれる)
解説
【考え方】$R_{\mathrm{x}}$ の電流 I を、$R_1$、$R_2$、$R_{\mathrm{x}}$ の式で表します。条件1と条件2で同じになるとして、$R_{\mathrm{x}}$ を出します。
■1 I を式で表す
$R_2$ と $R_{\mathrm{x}}$ が並列で、それに $R_1$ が直列です。全体の抵抗は
$R_1 + \dfrac{R_2R_{\mathrm{x}}}{R_2 + R_{\mathrm{x}}}$
$= \dfrac{R_1R_2 + R_1R_{\mathrm{x}} + R_2R_{\mathrm{x}}}{R_2 + R_{\mathrm{x}}}$
全体の電流は、E をこの抵抗で割ります。
$I_0 = \dfrac{E(R_2 + R_{\mathrm{x}})}{R_1R_2 + R_1R_{\mathrm{x}} + R_2R_{\mathrm{x}}}$
このうち $R_{\mathrm{x}}$ に流れるのは $\dfrac{R_2}{R_2 + R_{\mathrm{x}}}$ の割合です。
$I = I_0 \times \dfrac{R_2}{R_2 + R_{\mathrm{x}}}$
$(R_2 + R_{\mathrm{x}})$ が消えて、
$I = \dfrac{ER_2}{R_1R_2 + (R_1 + R_2)R_{\mathrm{x}}}$
■2 2つの条件を入れる
$R_{\mathrm{x}}$ を x と書きます。
条件1:$R_1R_2 = 90 \times 6 = 540$、$R_1 + R_2 = 96$ なので $I = \dfrac{6E}{540 + 96x}$
条件2:$R_1R_2 = 70 \times 4 = 280$、$R_1 + R_2 = 74$ なので $I = \dfrac{4E}{280 + 74x}$
■3 等しいとおいて x を出す
$\dfrac{6}{540 + 96x} = \dfrac{4}{280 + 74x}$
$6(280 + 74x) = 4(540 + 96x)$
$1\,680 + 444x = 2\,160 + 384x$
$60x = 480$
$x = 8\,\Omega$
答えは(4)ピヨ。
$R_2$ と $R_{\mathrm{x}}$ が並列で、それに $R_1$ が直列です。全体の抵抗は
$R_1 + \dfrac{R_2R_{\mathrm{x}}}{R_2 + R_{\mathrm{x}}}$
$= \dfrac{R_1R_2 + R_1R_{\mathrm{x}} + R_2R_{\mathrm{x}}}{R_2 + R_{\mathrm{x}}}$
全体の電流は、E をこの抵抗で割ります。
$I_0 = \dfrac{E(R_2 + R_{\mathrm{x}})}{R_1R_2 + R_1R_{\mathrm{x}} + R_2R_{\mathrm{x}}}$
このうち $R_{\mathrm{x}}$ に流れるのは $\dfrac{R_2}{R_2 + R_{\mathrm{x}}}$ の割合です。
$I = I_0 \times \dfrac{R_2}{R_2 + R_{\mathrm{x}}}$
$(R_2 + R_{\mathrm{x}})$ が消えて、
$I = \dfrac{ER_2}{R_1R_2 + (R_1 + R_2)R_{\mathrm{x}}}$
■2 2つの条件を入れる
$R_{\mathrm{x}}$ を x と書きます。
条件1:$R_1R_2 = 90 \times 6 = 540$、$R_1 + R_2 = 96$ なので $I = \dfrac{6E}{540 + 96x}$
条件2:$R_1R_2 = 70 \times 4 = 280$、$R_1 + R_2 = 74$ なので $I = \dfrac{4E}{280 + 74x}$
■3 等しいとおいて x を出す
$\dfrac{6}{540 + 96x} = \dfrac{4}{280 + 74x}$
$6(280 + 74x) = 4(540 + 96x)$
$1\,680 + 444x = 2\,160 + 384x$
$60x = 480$
$x = 8\,\Omega$
答えは(4)ピヨ。
出典:平成23年度(2011) 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7