電験三種：平成16年度 理論の問題をまとめました。
問１：静電気
真空中において，面積 S [m2] の電極板を間隔 d [m] で配置した平行板コンデンサがある。 この電極板と同じ形をした厚さ d/2 [m]，比誘電率 2 の誘電体を図のように平行に挿入した。 このとき，誘電体を挿入する前と比較してコンデンサの静電容量 [F] は何倍になるか。その倍率として最も近いのは次のうちどれか。
ただし，電極板の厚さ並びにコンデンサの端効果は無視できるものとする。
- 1.3
- 1.5
- 2.0
- 2.5
- 3.0
回答
(1)
問2：静電気
次の文章は、電界と電位差の関係について述べたものである。図のように、電界の強さが E[V/m] の一様な電界中の点Aに 1[C] の正の点電荷をおくと、 この点電荷には（ア）が働く。いま、この（ア）に逆らって、その電界中の他の点Bにこの点電荷を移動するには 外部から仕事をしてやらなければならない。 このような場合、点Bは点Aより電位が（イ）といい、 点Aと点Bの間には電位差があるという。
電位差の大きさは、点電荷を移動するときに要した仕事の大きさによって決まり、 仕事が 1（ウ）のとき、2点間の電位差は 1[V] である。上記の空白箇所（ア）、（イ）及び（ウ）に当てはまる語句または記号として、 正しいものを選べ。
１．（ア）起電力 ／ （イ）低い ／ （ウ）C
２．（ア）静電力 ／ （イ）高い ／ （ウ）J
３．（ア）起電力 ／ （イ）高い ／ （ウ）C
４．（ア）保持力 ／ （イ）低い ／ （ウ）J
５．（ア）静電力 ／ （イ）低い ／ （ウ）N
回答
(2)
問３：磁気
磁束密度 B = 0.02[T] の一様な磁界の中に長さ 0.5[m] の直線状導体が、 磁界の方向と直角に置かれている。
この導体が磁界と直角を維持しつつ、磁界に対して 60° の角度で、 矢印の方向に 0.5[m/s] の速さで移動しているとき、 導体に生じる誘導起電力 e[mV] の値として最も近いものはどれか。
- 2.5
- 3.0
- 4.3
- 5.0
- 8.6
回答
(3)
問４：直流回路
図の抵抗回路において、端子 a、b 間の合成抵抗 Rab[Ω] の値は 1.8R[Ω] であった。
このとき、抵抗 Rx[Ω] の値として正しいものは次のうちどれか。
- R
- 2R
- 3R
- 4R
- 5R
回答
(4)
問５：直流回路
図のような直流回路において、抵抗 3[Ω] の端子間の電圧が 1.8[V] であった。
このとき、電源電圧 E[V] の値として正しいものは次のうちどれか。
- 1.8
- 3.6
- 5.4
- 7.2
- 10.4
回答
(3)
問６：単相交流
図のように、R[Ω]の抵抗、インダクタンス L[H] のコイル、静電容量 C[F] のコンデンサを直列に接続した交流回路がある。この回路において、電源 E は周波数を変化できるものとする。電源周波数を変化させたところ、2種類の異なる周波数 f1[Hz] と f2[Hz] に対して、この回路の電源から見たインピーダンス[Ω]の大きさは変わらなかった。このときの f1 × f2 の値として、正しいのは次のうちどれか。
(1) 1 / (2π√(LC))
(2) 1 / (4πLC)
(3) 1 / (4π^2LC)
(4) 1 / (4π^2L^2C^2)
(5) 1 / (2πL^2C^2)
回答
(3)
問7：単相交流
図のような RC 交流回路がある。この回路に正弦波交流電圧 E[V] を加えたとき、容量性リアクタンス 6[Ω] のコンデンサの端子間電圧の大きさは 12[V] であった。このとき、E[V] と図の破線で囲んだ回路で消費される電力 P[W] の値として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
| E[V] | P[W] | |
|---|---|---|
| (1) | 20 | 32 |
| (2) | 20 | 96 |
| (3) | 28 | 120 |
| (4) | 28 | 168 |
| (5) | 40 | 309 |
回答
(2)
問８：単相交流
図 1 のような抵抗 R[Ω] と誘導性リアクタンス X[Ω] との直列回路がある。この回路に正弦波交流電圧 E=100[V] を加えたとき、回路に流れる電流は 10[A] であった。この回路に図 2 のように、更に抵抗 11[Ω] を直列接続したところ、回路に流れる電流は 5[A] になった。抵抗 R[Ω] の値として、最も近いのは次のうちどれか。
(1) 5.5
(2) 8.1
(3) 8.6
(4) 11.4
(5) 16.7
回答
(2)
問９：直流回路
図 1 のように、インダクタンス L=5[H] のコイルに直流電流源 J が電流 i[mA] を供給している回路がある。電流 i[mA] は図 2 のような時間変化をしている。このとき、コイルの端子間に現れる電圧の大きさ |v|[V] の最大値として、正しいのは次のうちどれか。
(1) 0.25
(2) 0.5
(3) 1
(4) 1.25
(5) 1.5
回答
(4)
問１０：その他
電界効果トランジスタ(FET)に関する記述として、誤っているのは次のうちどれか。
(1) 接合形と MOS 形に分類することができる。
(2) ドレーンとソースの間の電流の通路には、n 形と p 形がある。
(3) MOS 形はデプレッション形とエンハンスメント形に分類できる。
(4) エンハンスメント形はゲート電圧に関係なくチャネルができる。
(5) ゲート電圧で自由電子又は正孔の移動を制御できる。
回答
(4)
問１１：その他
電流が流れている導体を磁界中に置くと、フレミングの（ア）の法則に従う電磁力を受ける。これは導体中を移動している電子が磁界から力を受け、結果として導体に力が働くと考えられる。また、強さが一様な磁界中に、磁界の方向と直角に電子が突入した場合は、電子の運動方向と常に（イ）方向の力を受け、結果として等速（ウ）運動をすることになる。このような力を（エ）という。
上記の記述中の空白箇所(ア), (イ), (ウ)及び(エ)に当てはまる語句として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
| (ア) | (イ) | (ウ) | (エ) | |
|---|---|---|---|---|
| (1) | 左手 | 直角 | 円 | ローレンツ力 |
| (2) | 右手 | 同 | 円 | マクスウェルの引張り応力 |
| (3) | 左手 | 直角 | 直線 | ローレンツ力 |
| (4) | 右手 | 同 | 直線 | マクスウェルの引張り応力 |
| (5) | 右手 | 直角 | 直線 | ローレンツ力 |
回答
(1)
問１２：その他
次の文章は、それぞれの増幅器について述べたものである。
- （ア）増幅器は、特性の等しい二つの増幅器を対称的に接続することで、両器の入力の差に比例した出力を得るものである。
- （イ）増幅器は、スピーカのような負荷を動作させるのに利用される。
- 出力電圧の一部を入力側に戻し、逆位相で加えて増幅するものを（ウ）増幅器という。
- （エ）増幅器は、アンテナで送受信する信号を増幅するのに利用される。
上記の記述中の空白箇所(ア), (イ), (ウ)及び(エ)に当てはまる語句として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
| (ア) | (イ) | (ウ) | (エ) | |
|---|---|---|---|---|
| (1) | 負帰還 | 高周波 | 電力 | 差動 |
| (2) | 差動 | 負帰還 | 電力 | 高周波 |
| (3) | 差動 | 高周波 | 負帰還 | 電力 |
| (4) | 高周波 | 電力 | 差動 | 負帰還 |
| (5) | 差動 | 電力 | 負帰還 | 高周波 |
回答
(5)
問１３：計測
内部抵抗 r=2[kΩ]、最大目盛 1[V]の直流電圧計がある。この電圧計に、RmC=40[kΩ]、RmD=18[kΩ]の抵抗を図のように接続して、測定範囲を拡大した。
図の端子 C, D (負極端子) を用いて直流電圧源の電圧 8[V]を測定したとき、電圧計の指針の振れを示す図として、最も近いのは次のうちどれか。
ただし、直流電圧源の内部抵抗は無視できるものとする。また、電圧計の目盛は等分目盛とする。
(※選択肢の図が省略されているため、選択肢の数値自体を出力します。ここでは、最も近い指示値が0.8Vになることを考慮し、その場合の選択肢の番号を(X)として示します。)
回答
(2)
問１４：計測
交流の測定に用いられる測定器に関する記述として、誤っているのは次のうちどれか。
(1) 静電形計器は、低い電圧では駆動トルクが小さく誤差が大きくなるため、高電圧測定用の電圧計として用いられる。
(2) 可動鉄片形計器は、丈夫で安価であるため商用周波数用に広く用いられている。
(3) 振動片形周波数計は、振れの大きな振動片から交流の周波数を知ることができる。
(4) 電流力計形電力計は、交流及び直流の電力を測定できる。
(5) 整流形計器は、測定信号の波形が正弦波形よりひずんでも誤差を生じない。
| (ア) | (イ) | (ウ) | |
|---|---|---|---|
| (1) | 反発形 | 同一方向 | 商用周波数 |
| (2) | 吸引形 | 逆方向 | 商用周波数 |
| (3) | 反発形 | 逆方向 | 直流 |
| (4) | 吸引形 | 同一方向 | 高周波及び商用周波数 |
| (5) | 反発形 | 逆方向 | 直流 |
回答
(5)
問１５：磁気
環状コイルがある。交流電圧の実効値を E[V]、交流電圧の周波数を f[Hz]としたとき、鉄心中の最大磁束は Φm[Wb]であった。次の(a)及び(b)に答えよ。
ただし、鉄心の飽和はなく、漏れ磁束もないものとする。
(a) 電源の周波数 f[Hz]一定で、電圧を 1.5E[V]にしたとき、最大磁束[Wb]は、Φm[Wb]の何倍になるか。その倍率として、最も近いのは次のうちどれか。
(1) 0.67 (2) 1.06 (3) 1.5 (4) 2.25 (5) 4.0
(b) 電圧を 1.5E[V]にして、周波数を 0.5f[Hz]にしたとき、最大磁束[Wb]は、Φm[Wb]の何倍になるか。その倍率として、最も近いのは次のうちどれか。
(1) 0.33 (2) 0.75 (3) 1.33 (4) 2.25 (5) 3.0
回答
(3)-(5)
問１６：三相交流
相電圧 200[V]、周波数 50[Hz]の対称三相交流電源に、抵抗とインダクタンスからなる三相平衡負荷を接続した交流回路がある。次の(a)及び(b)に答えよ。
(a) 回路において、負荷電流 I[A]の値として、最も近いのは次のうちどれか。
(1) 69.2 (2) 66.6 (3) 40 (4) 23.1 (5) 22.2
(b) 静電容量 C[F]のコンデンサをΔ結線して接続した。その結果、三相交流電源から見た負荷の力率は 1 になったという。静電容量 C[F]の値として、最も近いのは次のうちどれか。
(1) 5.9×10^-2 (2) 7.4×10^-4 (3) 2.1×10^-4 (4) 1.7×10^-4 (5) 1.9×10^-6
回答
(4)-(4)
問１７：その他
抵抗 Rab[kΩ]のすべり抵抗器、抵抗 Rd[kΩ]、抵抗 Re[kΩ]と直流電圧 Es=12[V]の電源を用いて、未知の直流電圧[V]を測るための回路がある。次の(a)及び(b)に答えよ。
(a) 抵抗 Rd=5[kΩ]、抵抗 Re=5[kΩ]として、直流電圧 3[V]の電源を接続した。すべり抵抗器の接触子 C の位置を調整して検流計の電流を零にしたところ、端子 B と接触子 C 間の抵抗 Rbc=18[kΩ]となった。すべり抵抗器の抵抗 Rab[kΩ]の値として、正しいのは次のうちどれか。
(1) 18 (2) 24 (3) 36 (4) 42 (5) 50
(b) 未知の直流電圧 Ex[V]の電源を接続した。抵抗 Rd=2[kΩ]、抵抗 Re=22[kΩ]として、Rbc=12[kΩ]としたときに検流計の電流が零となった。このときの Ex[V]の値として、正しいのは次のうちどれか。ただし、Rabの値は(a)で求めたものとし、端子 G を電位の基準(0[V])とする。
(1) -5 (2) -3 (3) 0 (4) 3 (5) 5
回答
(2)-(1)
問18：電子回路
トランジスタ増幅器に関する次の(a)及び(b)に答えよ。
(a) 次の文章の空白箇所に当てはまる語句、式又は数値として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
回路は、（ア）形のトランジスタの（イ）を接地した増幅回路である。入力電圧 vi に対して出力電圧 vo は、位相が（ウ）ずれる。このときの電圧利得は（エ）[dB]の式で表される。
(ア) (イ) (ウ) (エ)(1) npn エミッタ 180° 20 log10(Vo/Vi)
(2) pnp コレクタ 180° 20 log10(Vi/Vo)
(3) npn エミッタ 90° 20 log10(Vo/Vi)
(4) pnp コレクタ 90° 20 log10(Vi/Vo)
(5) npn エミッタ 90° 10 log10(Vo/Vi)
(b) 回路の抵抗が Ra=25[kΩ]、Rc=20[kΩ]で、電圧利得[dB]の値として、最も近いのは次のうちどれか。
ただし、hfe=120、hie=2[kΩ]、log10 2=0.301、log10 3=0.477 とする。
(1) 2,800 (2) 1,120 (3) 832 (4) 102 (5) 62
回答
(1)-(5)
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