令和6年度 上期 第三種電気主任技術者 理論 問1

各選択肢の解説

(1)

図（等電位線分布の断面図）：上部電極から下部電極まで、境界の位置に関わらずほぼ一様な間隔で水平な等電位線が並んでいる図。図2（空気単層の場合）と同様に、上下で線の密度に差がない。

誤り。図全体にわたって等電位線の間隔が一様であるという分布は、単一誘電体（図2のような空気のみ）の場合に成立するものであり、比誘電率が異なる二層構造（ε₁=1とε₂=6）の場合には該当しない。境界でD₁=D₂となることからE₁=6E₂となり、上下の層で電界の強さ、したがって等電位線の間隔が異なるはずであるため、一様分布は誤り。

(2)

図（等電位線分布の断面図）：上部電極直下は等電位線が疎、中ほどでは密、下部電極直上で再び疎となる（疎・密・疎）。

誤り。原図は疎・密・疎の3帯に分かれる。空気層と固体誘電体層の二層で、各層の電界は一様である。両電極付近で弱く中間だけ強い電界を示す分布はこの条件と両立しない。

(3)

図（等電位線分布の断面図）：上部（空気層側）で等電位線の間隔が広く、下部（固体誘電体層側）で間隔が狭くなっている図。すなわち、上が疎・下が密のパターン。

誤り。この選択肢は「上部（空気層）で疎、下部（固体誘電体層）で密」という、正しい関係とは逆のパターンを示している。実際にはE₁=6E₂であり、電界が強い空気層側（上部）で等電位線は密に、電界が弱い固体誘電体層側（下部）で疎になるはずであるため、この逆転パターンは誤り。

(4)

図（等電位線分布の断面図）：上部電極直下は等電位線が密、中ほどは疎、下部電極直上で再び密となる（密・疎・密）。

誤り。原図は密・疎・密の3帯に分かれる。下側の固体誘電体層（ε₂=6）では電界が上側空気層の1/6であり、下部電極付近の線は疎でなければならない。下端で再び密になる分布は不適切。

(5)

図（等電位線分布の断面図）：上半分の等電位線は密に並び、下半分の等電位線は疎に並ぶ。

正しい。境界面でD₁=D₂が成り立つことからE₁=6E₂となり、上部の空気層（電界が強い）では等電位線の間隔が狭く（密）、下部の固体誘電体層（電界が弱い）では間隔が広く（疎）なる。この変化は二層の境界において不連続に生じ、各層内部ではそれぞれ一様な間隔となる。この定性的な分布（上密・下疎、境界で不連続）を正しく表しているのが選択肢(5)である。