理論科目の直流回路を扱う。合成抵抗,分圧・分流,キルヒホッフの法則,重ね合わせの理,テブナン・ノートンの定理,ミルマンの定理,最大電力供給,ブリッジの平衡,Δ-Y変換,電池の接続,抵抗率と温度係数,電力・電力量,分流器・倍率器が対象である。ここに示すのは試験対策用に独自に作成した学習ノートであり,公式の資料ではない。
1. 端子a-b間に6 Ωの抵抗を接続し,端子b-c間に12 Ωと4 Ωの抵抗を並列に接続した回路がある。端子a-c間の合成抵抗の値[Ω]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
b-c間の並列部分は 12×4/(12 + 4) = 3 Ω であり,これに a-b間の6 Ωが直列に加わるので,合成抵抗は 6 + 3 = 9.00 Ω となる。三つをすべて直列とみると22.0 Ω,すべて並列とみると2.00 Ω,(6 + 12) Ωと4 Ωの並列とすると3.27 Ω,6 Ωと12 Ωの並列に4 Ωを加えると8.00 Ωとなるが,いずれも接続の読み違いである。
2. 30 kΩと50 kΩの抵抗を直列に接続し,その両端に直流電圧120 Vを加えた。50 kΩの抵抗の端子電圧の値[V]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
直列回路の各抵抗の電圧は抵抗値に比例するので,V₂ = V × R₂/(R₁ + R₂) = 120 × 50/80 = 75.0 V となる。45.0 Vは30 kΩ側の電圧,200 Vは比 R₂/R₁ を掛けた誤り,72.0 Vは比 R₁/R₂ を掛けた誤り,192 Vは比を (R₁ + R₂)/R₂ と逆にした誤りである。
3. 4 Ωと8 Ωの抵抗を並列に接続した回路に12 Aの電流を流入させた。4 Ωの抵抗に流れる電流の値[A]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
並列回路では電流は抵抗値に反比例して分かれるので,I₁ = I × R₂/(R₁ + R₂) = 12 × 8/12 = 8.00 A となる(8 Ω側は4 A)。4.00 Aは配分を逆にした値,24.0 Aは I × R₂/R₁,18.0 Aは I × (R₁ + R₂)/R₂ とした誤り,12.0 Aは全電流をそのまま一方に流した誤りである。
4. 起電力1.5 V,内部抵抗0.6 Ωの乾電池3個を並列に接続し,これに1.3 Ωの負荷抵抗を接続した。負荷抵抗に流れる電流の値[A]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。ただし,3個の乾電池の特性は等しいものとする。
等しい電池n個の並列接続は,起電力E,内部抵抗 r/n の一つの電源と等価である。r/n = 0.6/3 = 0.2 Ω より,I = 1.5/(0.2 + 1.3) = 1.00 A となる。内部抵抗を割らないと0.789 A,直列接続とみなすと1.45 A,起電力まで3倍にすると3.00 A,内部抵抗を3倍にすると0.484 Aとなる。
5. 起電力2.0 V,内部抵抗0.05 Ωの蓄電池6個を直列に接続し,その両端に2.7 Ωの負荷抵抗を接続した。負荷抵抗で消費される電力の値[W]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
直列接続の起電力は 6 × 2.0 = 12 V,内部抵抗は 6 × 0.05 = 0.3 Ω であるから,I = 12/(0.3 + 2.7) = 4 A,P = 4² × 2.7 = 43.2 W となる。48.0 Wは電源の供給電力 EI,51.4 Wは内部抵抗を1個分としたとき,4.80 Wは内部抵抗での損失,120 Wは最大電力の式 E²/(4r) を誤用した値である。
6. 長さ200 m,断面積2 mm²の銅線の抵抗の値[Ω]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。ただし,銅の抵抗率は1.72×10⁻⁸ Ω・mとする。
R = ρl/S において S = 2 mm² = 2×10⁻⁶ m² であるから,R = 1.72×10⁻⁸ × 200/(2×10⁻⁶) = 1.72 Ω となる。往復の長さとすると3.44 Ω,2 mmを直径と読み違えると1.09 Ω,mm²を10⁻⁴ m²や10⁻⁵ m²と換算すると0.0172 Ωや0.172 Ωとなる。
7. 20 ℃において50 Ωの巻線がある。20 ℃における抵抗温度係数を4.0×10⁻³ ℃⁻¹とするとき,巻線の温度が75 ℃のときの抵抗の値[Ω]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
R₇₅ = R₂₀{1 + α₂₀(75 − 20)} = 50 × (1 + 4.0×10⁻³ × 55) = 50 × 1.22 = 61.0 Ω となる。温度差を75 ℃とすると65.0 Ω,αΔtの符号を逆にすると39.0 Ω,係数の桁を10倍に誤ると160 Ω,掛けずに割ると41.0 Ωとなる。
8. 20 ℃で40.0 Ωであった変圧器の巻線を,運転後に測定すると48.0 Ωであった。20 ℃における抵抗温度係数を4.0×10⁻³ ℃⁻¹とするとき,運転後の巻線の温度の値[℃]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
48.0 = 40.0{1 + 4.0×10⁻³(t − 20)} より t − 20 = (48.0/40.0 − 1)/(4.0×10⁻³) = 0.2/0.004 = 50 ℃,よって t = 70.0 ℃ となる。50.0 ℃は温度上昇分だけを答えた誤り,61.7 ℃は比を (1 − 40.0/48.0) と逆にした誤り,41.7 ℃はその上20 ℃を加え忘れた値,25.0 ℃は係数の桁を誤った値である。
9. 起電力12 V,内部抵抗2 Ωの電池Aと,起電力6 V,内部抵抗1 Ωの電池Bがある。両電池の正極どうし,負極どうしを接続して並列にし,その両端に4 Ωの負荷抵抗を接続した。負荷抵抗に流れる電流の値[A]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
端子電圧は V = (12/2 + 6/1)/(1/2 + 1/1 + 1/4) = 12/1.75 ≒ 6.86 V(ミルマンの定理)であり,負荷電流は I = 6.86/4 ≒ 1.71 A となる。2.57 Aは電池Aの電流 (12 − 6.86)/2,0.857 Aは電池Bに逆向きに流れ込む電流,2.00 Aは電池Bを無視した値,6.86は端子電圧そのものである。
10. 節点Pと節点Nの間に,次の三つの枝が並列に接続されている。枝1は起電力E₁ = 20 V(P側が正)の電源と4 Ωの抵抗の直列,枝2は4 Ωの抵抗のみ,枝3は起電力E₂ = 8 V(P側が正)の電源と2 Ωの抵抗の直列である。電源の内部抵抗は無視する。重ね合わせの理を用いるため,E₂を取り除いて短絡し,E₁のみが作用するとき,枝2の抵抗に流れる電流の値[A]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
E₂を短絡すると,枝2と枝3の並列抵抗は 4×2/(4 + 2) ≒ 1.33 Ω,E₁から流れる電流は 20/(4 + 1.33) = 3.75 A であり,枝2にはこれが 2/(4 + 2) の割合で分かれて 3.75 × 1/3 = 1.25 A が流れる。2.50 Aは枝3を無視,3.75 AはE₁の全電流,2.00 Aは全抵抗を直列,5.00 Aは E₁/4 とした誤りである。
11. 節点Pと節点Nの間に,次の三つの枝が並列に接続されている。枝1は起電力E₁ = 20 V(P側が正)の電源と4 Ωの抵抗の直列,枝2は4 Ωの抵抗のみ,枝3は起電力E₂ = 8 V(P側が正)の電源と2 Ωの抵抗の直列である。電源の内部抵抗は無視する。E₁とE₂が同時に作用するとき,枝2の抵抗に流れる電流の値[A]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
E₁のみでは,4 + 4×2/6 ≒ 5.33 Ω から 3.75 A が流れ,枝2へ 1.25 A。E₂のみでは,2 + 4×4/8 = 4 Ω から 2 A が流れ,枝2へ 1.00 A。どちらもPからNへ向かうので合計 2.25 A となる(検算:V_PN = (20/4 + 8/2)/(1/4 + 1/4 + 1/2) = 9 V,9/4 = 2.25 A)。0.250 Aは差をとった誤り,1.25 AはE₂の寄与を忘れた値,2.80 Aは起電力の和を全抵抗の和で割った誤り,1.33 AはE₂のみで枝1を無視した値である。
12. 起電力24 Vの直流電源(内部抵抗は無視)の正極を端子a,負極を端子cに接続し,端子a-b間に6 Ω,端子b-c間に3 Ωの抵抗を接続した。端子b-c間に負荷抵抗R_L = 6 Ωを接続したとき,R_Lに流れる電流の値[A]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
R_Lを外したときのb-c間の開放電圧は V₀ = 24 × 3/9 = 8 V,電源を短絡してb-c間からみた抵抗は R₀ = 6×3/9 = 2 Ω であるから,テブナンの定理より I = 8/(2 + 6) = 1.00 A となる。1.33 AはR₀を忘れた値,0.533 AはR₀を 6 + 3 = 9 Ω とした誤り,3.00 Aは電源から流れ出る電流,2.00 Aは3 Ωを無視した値である。
13. 起電力24 Vの直流電源(内部抵抗は無視)の正極を端子a,負極を端子cに接続し,端子a-b間に6 Ω,端子b-c間に3 Ωの抵抗を接続した。端子b-c間に可変の負荷抵抗R_Lを接続し,その値を変化させたとき,R_Lで消費される電力の最大値[W]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
b-c間のテブナン等価回路は V₀ = 24 × 3/9 = 8 V,R₀ = 6×3/9 = 2 Ω である。R_L = R₀ = 2 Ω のとき電力は最大で,P_m = V₀²/(4R₀) = 64/8 = 8.00 W となる。72.0 Wは電源電圧24 Vを用いた誤り,32.0 Wは分母の4を忘れた誤り,1.78 WはR₀を9 Ωとした誤り,6.00 WはR_L = 6 Ωのときの電力である。
14. 起電力9 V,内部抵抗0.75 Ωの電池2個を直列に接続した電源に,可変抵抗器を接続する。可変抵抗器で消費される電力が最大となるように抵抗値を調整したとき,その電力の値[W]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
電源は E = 18 V,r = 1.5 Ω となり,R = r = 1.5 Ω のとき最大電力 P_m = E²/(4r) = 324/6 = 54.0 W となる。27.0 Wは電池1個分で計算,108 Wは内部抵抗を2倍し忘れた値,216 Wは分母の4を忘れた値,48.0 WはRを電池1個分の0.75 Ωとしたときの電力である。
15. 定格200 V,2 kWの電熱器を180 Vの電源に接続して3時間使用した。このときの消費電力量の値[kW・h]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。ただし,電熱器の抵抗値は電圧によって変化しないものとする。
抵抗一定なら電力は電圧の2乗に比例するので,P = 2 × (180/200)² = 1.62 kW,電力量は W = 1.62 × 3 = 4.86 kW・h となる。6.00は定格電力のまま,5.40は電圧比を1乗で掛けた誤り,7.41は比を逆にした誤り,1.62は使用時間を掛け忘れた値である。
16. 端子a-b間に2 Ω,端子b-c間に4 Ω,端子a-d間に3 Ω,端子d-c間に6 Ωの抵抗を接続し,さらに端子b-d間に5 Ωの抵抗を接続した回路がある。端子a-c間の合成抵抗の値[Ω]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
向かい合う辺の積が 2×6 = 4×3 = 12 で等しく,ブリッジは平衡している。b-d間には電流が流れないので5 Ωは取り除いてよく,合成抵抗は (2 + 4) と (3 + 6) の並列で 6×9/15 = 3.60 Ω となる。2.09 Ωはさらに5 Ωを並列に加えた誤り,3.33 Ωは (2∥4) + (3∥6) と組み合わせを誤った値,15.0 Ωは4辺をすべて直列とした値,0.690 Ωは5個すべてを並列とした値である。
17. ブリッジ回路において,端子a-b間に40 Ω,端子b-c間に60 Ω,端子a-d間に100 Ωの抵抗を接続し,端子d-c間には未知抵抗Xと20 Ωの抵抗を直列に接続した。端子a-c間に直流電源を,端子b-d間に検流計を接続し,検流計の振れが零となったときのXの値[Ω]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
平衡条件は向かい合う辺の抵抗の積が等しいことであるから,40 × (X + 20) = 60 × 100 より X + 20 = 150,X = 130 Ω となる。150 Ωは直列の20 Ωを差し引き忘れた値,46.7 Ωは辺の対応を誤った値 (40×100/60 − 20),170 Ωは20 Ωを加えてしまった誤り,66.7 Ωは辺の対応の誤りに加え20 Ωも忘れた値である。
18. 各辺30 ΩのΔ結線の抵抗回路を,等価なY結線の回路に変換したとき,Y結線の1相分の抵抗の値[Ω]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
等しい抵抗R_ΔのΔ結線は,各相 R_Y = R_Δ/3 のY結線と等価であるから,30/3 = 10.0 Ω となる。90.0 Ωは3で割らずに3倍した誤り,30.0 Ωは変換を忘れた値,17.3 Ωと52.0 Ωは三相電圧の√3と混同した誤りである。
19. 端子a,b,cの間にΔ結線された抵抗が,R_ab = 10 Ω,R_bc = 30 Ω,R_ca = 20 Ωである。これを等価なY結線に変換したとき,端子aに接続される抵抗の値[Ω]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
Y結線の端子aの抵抗は,aにつながる2辺の積を3辺の和で割って R_a = R_ab R_ca/(R_ab + R_bc + R_ca) = 10×20/60 ≒ 3.33 Ω となる。5.00 Ωは端子bの抵抗,10.0 Ωは端子cの抵抗,20.0 Ωは等しい抵抗の場合の「和の1/3」を誤用した値,36.7 ΩはY→Δ変換の式を逆に用いた値である。
20. 端子a-b間,端子b-d間,端子d-a間にそれぞれ6 Ωの抵抗を接続し,さらに端子b-c間に8 Ω,端子d-c間に2 Ωの抵抗を接続した回路がある。端子a-c間の合成抵抗の値[Ω]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
6×2 ≠ 6×8 でブリッジは平衡していない。a,b,dのΔ(各6 Ω)をY(各2 Ω,中心O)に変換すると,a-O 2 Ω に,O-b-c の 2 + 8 = 10 Ω と O-d-c の 2 + 2 = 4 Ω の並列 (10×4/14 ≒ 2.86 Ω) が直列となり,合成抵抗は 4.86 Ω となる。5.09 Ωはb-d間の抵抗を無視(平衡とみなす),4.60 Ωはb-d間を短絡とみなした値,29.3 ΩはΔ-Y変換で3倍した誤り,14.0 Ωは一つの経路だけを考えた値である。
21. 端子bと端子cの間に,次の三つの枝が並列に接続されている。枝1は起電力E₁ = 14 V(b側が正)の電源と抵抗R₁ = 2 Ωの直列,枝2は抵抗R₂ = 4 Ωのみ,枝3は起電力E₂ = 7 V(b側が正)の電源と抵抗R₃ = 1 Ωの直列である。電源の内部抵抗は無視する。枝3に流れる電流の大きさ[A]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
b-c間の電圧は V = (14/2 + 7/1)/(1/2 + 1/4 + 1/1) = 14/1.75 = 8 V である。枝3の電流は (V − E₂)/R₃ = (8 − 7)/1 = 1.00 A で,E₂の正極に流れ込む向き(E₂は充電される)となる。2.33 Aは枝2を無視した値,2.00 Aは枝2の電流,3.00 Aは枝1の電流,7.00 AはE₂の向きを逆にとった誤りである。
22. ある抵抗に直流電圧24 Vを加えると0.8 Aの電流が流れた。この抵抗に36 Vの電圧を加えたときの消費電力の値[W]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。ただし,抵抗値は一定とする。
R = 24/0.8 = 30 Ω であるから,36 Vでは P = V²/R = 36²/30 = 43.2 W となる。28.8 Wは電流が0.8 Aのままとした誤り,19.2 Wは24 Vのときの電力,54.0 Wは24を抵抗値と取り違えた値,4.80 Wは電圧の増加分12 Vだけで計算した値である。
23. 最大目盛10 mA,内部抵抗4.5 Ωの直流電流計に0.5 Ωの分流器を接続した。この電流計で測定できる電流の最大値[mA]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
電流計と分流器は並列で電圧が等しいので,分流器には 10 × 4.5/0.5 = 90 mA が流れ,合計は 10 + 90 = 100 mA となる(倍率 1 + r/R_s = 10)。90.0 mAは電流計自身の10 mAを加え忘れた値,11.1 mAは比を逆にした値,50.0 mAは (r + R_s) を倍率とした誤り,45.0 mAはrを倍率とした誤りである。
24. 最大目盛30 V,内部抵抗15 kΩの直流電圧計を用いて,最大120 Vまでの電圧を測定したい。電圧計に直列に接続する倍率器の抵抗の値[kΩ]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
倍率は n = 120/30 = 4 であり,倍率器の抵抗は R_m = (n − 1)r = 3 × 15 = 45.0 kΩ となる(電圧計30 V,倍率器90 Vを分担)。60.0 kΩは nr とした誤り,5.00 kΩは分流器の式 r/(n − 1) を用いた誤り,3.75 kΩは r/n,75.0 kΩは (n + 1)r とした誤りである。
25. 端子a-b間に50 kΩ,端子b-c間に50 kΩの抵抗を接続し,端子a-c間に直流電圧100 Vを加えた。内部抵抗100 kΩの電圧計を端子b-c間に接続したとき,電圧計の指示値[V]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
b-c間は 50 kΩと100 kΩの並列で 50×100/150 ≒ 33.3 kΩ となり,指示値は 100 × 33.3/(50 + 33.3) = 40.0 V である。50.0 Vは電圧計の内部抵抗の影響を無視した値,60.0 Vはa-b間の電圧,33.3 Vは分母を100 kΩのままとした誤り,25.0 Vは電圧計を直列に入れたとみなした誤りである。
26. 端子a-b間に10 Ω,端子b-c間に30 Ω,端子a-d間に20 Ω,端子d-c間に20 Ωの抵抗を接続し,端子a-c間に起電力12 Vの直流電源(a側が正,内部抵抗は無視)を接続したブリッジ回路がある。端子b-d間を開放したときのb-d間の電圧の値[V]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
端子cを基準にすると,b点の電位は 12 × 30/(10 + 30) = 9 V,d点の電位は 12 × 20/(20 + 20) = 6 V であるから,b-d間の電圧は 9 − 6 = 3.00 V となる。9.00 Vはb点の電位,6.00 Vはd点の電位だけを答えた値,15.0 Vは二つの電位を加えた誤り,1.50 Vは各点の電位を求める分圧の分母に4個の抵抗の和80 Ωをとった誤り(12 × 30/80 − 12 × 20/80)である。
27. 端子a-b間に10 Ω,端子b-c間に30 Ω,端子a-d間に20 Ω,端子d-c間に20 Ωの抵抗を接続し,端子a-c間に起電力12 Vの直流電源(a側が正,内部抵抗は無視)を接続したブリッジ回路がある。端子b-d間に抵抗10 Ωの検流計を接続したとき,検流計に流れる電流の値[mA]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
b-d間を開放したときの電圧は 12×30/40 − 12×20/40 = 9 − 6 = 3 V,電源を短絡してb-d間からみた抵抗は 10∥30 + 20∥20 = 7.5 + 10 = 17.5 Ω である。テブナンの定理より I = 3/(17.5 + 10) ≒ 0.109 A = 109 mA となる。300 mAは内部抵抗17.5 Ωを忘れた値,100 mAは等価抵抗を (10 + 30)∥(20 + 20) = 20 Ω とした誤り,327 mAと218 mAはb点またはd点の電位だけを開放電圧とした誤りである。
28. 端子a-b間に2 Ω,端子b-g間に6 Ω,端子b-c間に1 Ωの抵抗を接続し,さらに端子c-g間に2 Ωの抵抗を接続した回路がある。端子a-g間に直流電圧12 Vを加えたとき,端子c-g間の抵抗で消費される電力の値[W]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
b点から右側は 1 + 2 = 3 Ω で,6 Ωとの並列は 2 Ω,全体は 2 + 2 = 4 Ω となり,全電流は 3 A である。c-g間へは 3 × 6/(6 + 3) = 2 A が流れるので,P = 2² × 2 = 8.00 W となる。18.0 Wは全電流3 Aを用いた誤り,2.00 Wは6 Ω側の電流1 Aを用いた誤り,4.50 Wは電流を等分した誤り,11.5 Wは6 Ωを無視した値である。
29. ある電池に2 Ωの抵抗を接続すると2.0 Aの電流が流れ,5 Ωの抵抗に取り替えると1.0 Aの電流が流れた。この電池の起電力の値[V]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。ただし,電池の起電力と内部抵抗は一定とする。
内部抵抗をrとすると E = 2.0(2 + r) = 1.0(5 + r) であり,4 + 2r = 5 + r より r = 1 Ω,E = 2.0 × 3 = 6.00 V となる。4.00 Vと5.00 Vはそれぞれの測定時の端子電圧(内部抵抗の電圧降下を忘れた値),9.00 Vは二つの端子電圧の和,4.50 Vはその平均である。
30. ある電池に5 Ωの抵抗を接続すると1.0 Aの電流が流れ,2 Ωの抵抗に取り替えると2.0 Aの電流が流れた。この電池から負荷に供給できる電力の最大値[W]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。ただし,電池の起電力と内部抵抗は一定とする。
E = 1.0(5 + r) = 2.0(2 + r) より r = 1 Ω,E = 6 V である。負荷抵抗を r = 1 Ω にしたとき最大となり,P_m = E²/(4r) = 36/4 = 9.00 W となる。36.0 Wは分母の4を忘れた値,18.0 Wは E²/(2r)(電池が出す全電力)とした誤り,5.00 Wは5 Ω接続時の電力,4.00 Wは端子電圧4 Vを起電力とした誤りである。
31. 電流6 Aの定電流源に4 Ωの抵抗が並列に接続された電源がある。この電源の端子に可変抵抗器を接続し,可変抵抗器で消費される電力が最大となるように調整したとき,その電力の値[W]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
この電源は起電力 6 × 4 = 24 V,内部抵抗4 Ωの電圧源と等価である。可変抵抗器を4 Ωにしたとき最大となり,P_m = 24²/(4 × 4) = 36.0 W(電流は半分の3 Aで 3² × 4 = 36 W)となる。144 Wは6 Aがすべて負荷に流れるとした誤り,72.0 Wは係数を1/2とした誤り,32.0 Wは負荷を2 Ωとしたときの電力,9.00 Wは電流を1/4とした誤りである。
32. 定格100 V,500 Wの電熱器2台を直列に接続し,100 Vの電源に接続した。電熱器1台当たりの消費電力の値[W]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。ただし,電熱器の抵抗値は一定とする。
1台の抵抗は 100²/500 = 20 Ω で,直列では電流 100/40 = 2.5 A となり,1台当たり 2.5² × 20 = 125 W である(電圧50 Vで電力は定格の1/4)。250 Wは2台の合計,500 Wは定格電力,1 000 Wは並列接続とした値,62.5 Wは1台当たりの125 Wをさらに台数2で割ってしまった誤りである。
33. 100 V,100 Wの電球と100 V,50 Wの電球を直列に接続し,100 Vの電源に接続した。100 Wの電球の消費電力の値[W]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。ただし,電球の抵抗値は一定とする。
抵抗は 100²/100 = 100 Ω と 100²/50 = 200 Ω で,電流は 100/300 = 1/3 A,100 W電球の電力は (1/3)² × 100 ≒ 11.1 W となる。直列では抵抗の大きい50 W電球のほうが明るい。22.2 Wは50 W電球の電力,33.3 Wは合計,25.0 Wは二つの抵抗を等しいとした値,50.0 Wは電力が電圧に比例するとした誤りである。
34. 起電力24 Vの電源と起電力6 Vの電源を,互いに起電力が打ち消し合う向きに直列に接続し,さらに3 Ωと6 Ωの抵抗を直列に接続して一つの閉回路とした。回路に流れる電流の値[A]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。ただし,電源の内部抵抗は無視する。
キルヒホッフの電圧則より 24 − 6 = (3 + 6)I,I = 18/9 = 2.00 A となる。3.33 Aは起電力を加えた誤り,2.67 Aは6 Vの電源を忘れた値,6.00 Aは3 Ωだけで割った誤り,0.667 Aは6 Vの電源だけを考えた値である。
35. 端子aと端子gの間に,次の三つの枝が並列に接続されている。枝1は起電力E = 12 V(a側が正)の電源と抵抗R₁ = 3 Ωの直列,枝2は抵抗R₂ = 6 Ωのみ,枝3は端子gから端子aの向きに電流を流す電流J = 3 Aの定電流源である。電圧源の内部抵抗は無視する。R₂に流れる電流の値[A]として,最も近いものを次のうちから一つ選べ。
重ね合わせの理による。Eのみ(電流源を開放)では 12/(3 + 6) ≒ 1.33 A,Jのみ(電圧源を短絡)では 3 × 3/(3 + 6) = 1.00 A がいずれもaからgへR₂を流れるので,合計 2.33 A となる(検算:V_a = (12/3 + 3)/(1/3 + 1/6) = 14 V,14/6 ≒ 2.33 A)。1.33 Aは電流源を,1.00 Aは電圧源を忘れた値,0.333 Aは差をとった誤り,4.33 AはJがすべてR₂に流れるとした誤りである。
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