図の接続点(黒丸)を次のように呼ぶ(図中にこれらの名前は書かれていない)。
・節点 P:コイル r の右端・R₀ の上端・R₃ の左端がつながる接続点
・節点 M:R₁ の右端・R₂ の左端・端子 A への配線がつながる接続点
・節点 Q:R₀ の下端・R₂ の右端・端子 B への配線がつながる接続点
問16 次に示す条件Ⅰ〜Ⅲを満たす永久磁石可動コイル形電流電圧計を製作したい。永久磁石可動コイル形電流電圧計内部の接続の一部が図に示すようであるとき,次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし,コイルは内部抵抗 r = 5 Ω であり,最大 4 mA まで直流電流を流すことができるものとする。
条件Ⅰ:切り替えスイッチを A にしたときは,最大 1 A の直流電流を測定できるものとする。
条件Ⅱ:切り替えスイッチを B にしたときは,最大 100 mA の直流電流を測定できるものとする。
条件Ⅲ:切り替えスイッチを C にしたときは,最大 1.2 V の直流電圧を測定できるものとする。
(a) 抵抗 R₁ の値[Ω]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
図の接続点(黒丸)を次のように呼ぶ(図中にこれらの名前は書かれていない)。
・節点 P:コイル r の右端・R₀ の上端・R₃ の左端がつながる接続点
・節点 M:R₁ の右端・R₂ の左端・端子 A への配線がつながる接続点
・節点 Q:R₀ の下端・R₂ の右端・端子 B への配線がつながる接続点
コイルに最大電流 4 mA が流れるときを、各条件の最大値(フルスケール)とする。
【スイッチ B(条件Ⅱ)】-端子は節点 Q に接続される。+端子から Q までの経路は次の 2 つで、端子 C 側は開放なので R₃ には電流が流れない。
・コイル経路:+ → r → P → R₀ → Q、抵抗 r + R₀ = 5 + 19 = 24 Ω(電流 4 mA)
・分流経路:+ → R₁ → M → R₂ → Q、抵抗 R₁ + R₂
コイル経路の電圧は 0.004 A × 24 Ω = 0.096 V。分流経路の電流は 0.1 − 0.004 = 0.096 A なので
R₁ + R₂ = 0.096 V ÷ 0.096 A = 1 Ω …①
【スイッチ A(条件Ⅰ)】-端子は節点 M に接続される。+端子から M までの経路は次の 2 つ。
・分流経路:+ → R₁ → M、抵抗 R₁(電流 1 − 0.004 = 0.996 A)
・コイル経路:+ → r → P → R₀ → Q → R₂ → M、抵抗 24 + R₂(電流 4 mA)
両経路の電圧は等しいので
0.004 × (24 + R₂) = 0.996 × R₁ …②
①より R₂ = 1 − R₁ を代入すると
0.004 × (25 − R₁) = 0.996 R₁
0.1 − 0.004 R₁ = 0.996 R₁
R₁ = 0.1 Ω(このとき R₂ = 0.9 Ω)
検算:コイル経路の電圧 0.004 × 24.9 = 0.0996 V、R₁ の電流 0.0996 ÷ 0.1 = 0.996 A、合計 0.996 + 0.004 = 1 A で条件Ⅰを満たす。
よって正答は (1) 0.1 Ω。
0.1
正しい。条件Ⅱから R₁ + R₂ = 1 Ω、条件Ⅰから 0.004 × (24 + R₂) = 0.996 R₁ が得られ、連立すると R₁ = 0.1 Ω となる。
0.9
誤り。0.9 Ω は R₂ の値である。R₁ = 0.9 Ω とすると R₁ + R₂ = 1 Ω より R₂ = 0.1 Ω となり、スイッチ A での測定範囲は 0.004 + 0.004 × 24.1 ÷ 0.9 ≒ 0.111 A となって、条件Ⅰの 1 A を満たさない。
4
誤り。条件Ⅱから R₁ + R₂ = 1 Ω であり、R₁ = 4 Ω では R₂ = −3 Ω となって成立しない。
9.6
誤り。条件Ⅱから R₁ + R₂ = 1 Ω であり、R₁ = 9.6 Ω では R₂ = −8.6 Ω となって成立しない。
9.96
誤り。条件Ⅱから R₁ + R₂ = 1 Ω であり、R₁ = 9.96 Ω では R₂ = −8.96 Ω となって成立しない。
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