【図1】インピーダンスの大きさは |Z₁| = E / I₁ = 100 / 10 = 10 Ω。R と X の直列なので
R² + X² = 10² = 100 …①
図1のような抵抗 R [Ω] と誘導性リアクタンス X [Ω] との直列回路がある。この回路に正弦波交流電圧 E=100 V を加えたとき,回路に流れる電流は 10 A であった。この回路に図2のように,更に抵抗 11 Ω を直列接続したところ,回路に流れる電流は 5 A になった。抵抗 R [Ω] 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。

結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
【図1】インピーダンスの大きさは |Z₁| = E / I₁ = 100 / 10 = 10 Ω。R と X の直列なので
R² + X² = 10² = 100 …①
【図2】11 Ω を直列に追加すると抵抗分は R + 11 となり、|Z₂| = E / I₂ = 100 / 5 = 20 Ω。したがって
(R + 11)² + X² = 20² = 400 …②
②-①で X² を消去すると
(R + 11)² − R² = 300
22R + 121 = 300
R = 179 / 22 ≈ 8.14 Ω
よって最も近いのは 8.1 Ω((5))。
(検算)丸める前の R = 179/22 を使う。
X² = 100 − (179/22)² = 16359/484 ≈ 33.80、X ≈ 5.81 Ω。
(R + 11)² = (421/22)² = 177241/484 ≈ 366.20。
図2:(R + 11)² + X² = 193600/484 = 400 となり、|Z₂| = 20 Ω ちょうど、I = 100 / 20 = 5 A で条件と一致する。
(補足)図1で |Z₁| = √(R² + X²) = 10 Ω であり、誘導性リアクタンス X は 0 より大きいので、R は 10 Ω より小さくなければならない(R < 10 Ω)。
16.7
誤り。R = 16.7 Ω は図1のインピーダンスの大きさ |Z₁| = 10 Ω を上回る。R² + X² = 100 を満たすには X² < 0 が必要となり、成立しない。
5.5
誤り。R = 5.5 Ω とすると ① より X² = 100 − 30.25 = 69.75。図2のインピーダンスは √(16.5² + 69.75) = √342 ≈ 18.5 Ω、電流は 100 / 18.5 ≈ 5.4 A となり、5 A に一致しない。
11.4
誤り。R = 11.4 Ω は |Z₁| = 10 Ω を上回るため、R² + X² = 100 を満たす実数の X が存在せず、成立しない。
8.6
誤り。R = 8.6 Ω とすると ① より X² = 100 − 73.96 = 26.04。図2のインピーダンスは √(19.6² + 26.04) = √410.2 ≈ 20.25 Ω、電流は 100 / 20.25 ≈ 4.94 A となり、選択肢(5)の 8.1 Ω のほうが条件(5 A)により近い。計算上の R = 179/22 ≈ 8.14 Ω に最も近いのも 8.1 である。
8.1
正しい。①②から R = 179 / 22 ≈ 8.14 Ω が得られ、最も近い値は 8.1 Ω である。R = 8.1 Ω で検算すると X² = 100 − 65.61 = 34.39、図2のインピーダンスは √(19.1² + 34.39) = √399.2 ≈ 19.98 Ω、電流は約 5.0 A となり条件を満たす。
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