電源 E[V],スイッチ S,6Ω の抵抗,並列部が直列につながる回路である。点 A は 6Ω の抵抗の右側(6Ω と並列部の分岐点との間)にあり,点Aを通る電流は回路全体の電流に等しい。並列部の一方の枝は C[F]と 4Ω の直列,もう一方の枝は 12Ω である。
令和6年度 下期 第三種電気主任技術者 理論 問10
図に示す回路において,スイッチ S を閉じた瞬間(時刻 t=0)に点 A を流れる電流を I₀[A]とし,十分に時間が経ち,定常状態に達したのちに点 A を流れる電流を I[A]とする。電流比 I₀/I の値として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし,コンデンサの初期電荷は零とする。

選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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解説
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【t=0(S を閉じた瞬間)】コンデンサの初期電荷は零なので,コンデンサの端子間電圧は 0 V であり,短絡として扱える。C 枝は 4Ω だけとなり,並列部の合成抵抗は 4×12/(4+12) = 3Ω。回路全体の抵抗は 6+3 = 9Ω なので,I₀ = E/9[A]。
補足Layer 3展開閉じる
【定常状態】コンデンサは充電が完了して電流が流れず,開放として扱える。C 枝には電流が流れず,電流は 12Ω の枝のみを通る。回路全体の抵抗は 6+12 = 18Ω なので,I = E/18[A]。
【電流比】I₀/I = (E/9)/(E/18) = 18/9 = 2.0。よって正答は (4)。
各選択肢の解説
- (1)
0.5
誤り。I₀/I は (E/9)/(E/18) = 2.0 である。0.5 はその逆数 I/I₀ に当たる値であり,問われている I₀/I とは一致しない。
- (2)
1.0
誤り。1.0 は I₀ = I を意味する。しかし I₀ = E/9,I = E/18 で両者は異なり,比は 2.0 である。
- (3)
1.5
誤り。I₀/I=1.5になるには,定常電流I=E/18に対し,t=0の全抵抗が18/1.5=12Ωでなければならない。実際は6+(4×12)/(4+12)=9Ωなので,比は2.0になる。
- (4)
2.0
正しい。t=0 ではコンデンサが短絡扱いとなり,全体抵抗は 6+(4×12)/(4+12) = 9Ω で I₀ = E/9。定常状態ではコンデンサが開放扱いとなり,全体抵抗は 6+12 = 18Ω で I = E/18。比は 2.0 となる。
- (5)
2.5
誤り。I₀/I=2.5になるには,t=0の全抵抗が18/2.5=7.2Ωでなければならない。このとき並列部は1.2Ωを要するが,実際の4Ωと12Ωの並列部は3Ωであるため,比は2.0になる。
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