技術士 第一次試験 基礎科目 3群 解析 練習問題 第8問: 端子 a と端子 b の間に、次の3つの枝が並列に接続されている。枝1は起電力 12 V の電池と 2.0 Ω の抵抗の直列で、電池の正極が a 側にある。枝2
端子 a と端子 b の間に、次の3つの枝が並列に接続されている。枝1は起電力 12 V の電池と 2.0 Ω の抵抗の直列で、電池の正極が a 側にある。枝2は起電力 4.0 V の電池と 4.0 Ω の抵抗の直列で、電池の正極が b 側にある。枝3は 4.0 Ω の抵抗だけである。電池の内部抵抗と導線の抵抗を無視するとき、枝3の抵抗を流れる電流の大きさに最も近い値はどれか。
解答と解説を先に見る
先に見ると、この問題は今回は育ちません。
正解: 1. 1.25 A
電流は 1.25 A(a から b の向き)です。OpenStax University Physics Volume 2 §10.3 のキルヒホッフの法則(接続点の電流の出入りが等しい・閉路一周の電位の変化の和が0)を使います。
b を基準とした a の電位を V とすると、各枝から a へ流れ込む電流は (12−V)/2.0 と (−4.0−V)/4.0、a から枝3へ流れ出す電流は V/4.0 です。
(12−V)/2.0+(−4.0−V)/4.0=V/4.0 → 24−2V−4−V=V → V=5.0 V
枝3の電流=5.0÷4.0=1.25 A
検算(重ね合わせ): 12 V だけなら 3.0 A のうち枝3へ 1.5 A(a→b)、4.0 V だけなら 0.75 A のうち枝3へ 0.25 A(b→a)で、1.5−0.25=1.25 A
「1.75 A」は枝2の電池の向きを逆にしたもの、「1.50 A」は 12 V の電池だけの値、「2.00 A」は枝1と枝3の閉路だけで解いたもの、「2.50 A」は2つの閉路の電流を別々に出して足したものです。
関連キーワード: キルヒホッフの法則・直流回路・重ね合わせの理・節点解析
模試 (30問)
この問題が解けたら、本試験はどうですか?本番形式で、ほかの科目もまとめて確かめる
本番形式の模擬試験で実力チェックPremium (月980円)Premium (ご利用中)制限時間 2時間