電池は起電力 E と内部抵抗 r の直列で表され,外部の可変抵抗器 R と一つの閉回路を作っている。したがって電流は I = E / (r + R),すなわち E = I(r + R) が成り立つ。
令和7年度 下期 第三種電気主任技術者 理論 問6
図のように,内部抵抗 r[Ω],起電力 E[V] の電池に抵抗値 R[Ω] の可変抵抗器を接続した回路がある。R = 2.25 Ω にしたとき,回路を流れる電流は I = 3 A であった。次に,R = 3.45 Ω にしたとき,回路を流れる電流は I = 2 A となった。この電池の起電力 E[V] 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。

選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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2つの条件を代入する。
・R = 2.25 Ω, I = 3 A: E = 3(r + 2.25) = 3r + 6.75
・R = 3.45 Ω, I = 2 A: E = 2(r + 3.45) = 2r + 6.90
補足Layer 3展開閉じる
起電力 E は共通なので
3r + 6.75 = 2r + 6.90
r = 0.15 Ω
これを代入して
E = 3 × (0.15 + 2.25) = 3 × 2.40 = 7.20 V
(検算:E = 2 × (0.15 + 3.45) = 2 × 3.60 = 7.20 V で一致)
よって起電力は 7.20 V であり,正答は (2)。
各選択肢の解説
- (1)
9.30
誤り。E = 9.30 V と仮定すると,R = 2.25 Ω・I = 3 A の条件から r = 9.30/3 − 2.25 = 0.85 Ω,R = 3.45 Ω・I = 2 A の条件から r = 9.30/2 − 3.45 = 1.20 Ω となり,同じ電池の内部抵抗が一致しない。2条件を同時に満たさないので起電力ではない。
- (2)
7.20
正しい。E = I(r + R) を2条件に適用して連立すると r = 0.15 Ω,E = 3 × (0.15 + 2.25) = 2 × (0.15 + 3.45) = 7.20 V となり,両方の条件を満たす。
- (3)
7.05
誤り。E = 7.05 V と仮定すると,1つ目の条件から r = 7.05/3 − 2.25 = 0.10 Ω,2つ目の条件から r = 7.05/2 − 3.45 = 0.075 Ω となり,内部抵抗が一致しない。2条件を同時に満たさない。
- (4)
6.90
誤り。6.90 V は R = 3.45 Ω・I = 2 A のときの可変抵抗器の両端電圧(端子電圧)R·I = 3.45 × 2 に等しく,内部抵抗 r での電圧降下(0.15 × 2 = 0.30 V)が含まれていない。E = 6.90 V と仮定すると1つ目の条件から r = 0.05 Ω,2つ目の条件から r = 0 Ω となり一致しない。
- (5)
6.75
誤り。6.75 V は R = 2.25 Ω・I = 3 A のときの可変抵抗器の両端電圧(端子電圧)R·I = 2.25 × 3 に等しく,内部抵抗 r での電圧降下(0.15 × 3 = 0.45 V)が含まれていない。E = 6.75 V と仮定すると1つ目の条件から r = 0 Ω,2つ目の条件から r = −0.075 Ω となり,物理的にも成り立たない。
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