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2023年2月13日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (6)LCR並列回路
 
              第31期受験直前講座
                 (6)LCR並列回路

前回は、Rに L 又は、RにCを直列に接続している場
合を考えてみましが、今回は、R にC と L が並列に
接続されている場合を考えてみます。


[直列回路と並列回路の要点]
1.直列回路
直列回路では、Rと Lと Cが直列に接続されています
ので、流れる電流:IR でもLでもCでも同じです。
よって、I をグラフで基準の横軸しています。
抵抗では、電圧と電流の位相差がありませんので抵
抗の両端電圧:RI も横軸上にあります。
インダクタンス:L の両端電圧は、 電流に対して 90°
(π/2[rad]) 進んでいますので縦軸の上側に:jωL・I
がきます。
そしてキャパシタンス:C  の両端電圧は、  電流に対
して 90°(π/2 [rad]) 遅れていますので  両端電圧
{1/(ωC)}・I  が縦軸の下に来ます。
下の図は、 jωL・I  (絶対値)> j (1/ωC)・I  (絶対値)
とした図です。
共振状態では、  jωL・I (絶対値)  j (1/ωC)・I  (絶
対値)となりますのでRI だけのグラフになります。
(共振の条件は、重要です。)



2.並列回路
並列回路では、 Rと C同時に電圧が掛かって
います


注・・・図番が以前描いたものを使用していますので順番が前回
    の記事と連続では、ありません。


並列回路では電圧が基準になりますので グラフの
基準の横軸上にきます。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」は、2023年2月末日をもって
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                            2023年2月1日 TOITA



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2023年2月12日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (5)リアクタンスその3
 
              第31期受験直前講座
               (5)リアクタンスその3

今回は、R と L または、C の直列回路におけるリアク
タスのまとめを行います。
その後、前回出題いたしました RC直列回路における
リアクタンスに関する演習問題の解答とその考え方を
お話しします。

[リアクタンスのまとめ]
(RL直列回路)





 (注・・・図-5〜図-8 は、ありません。)
  抵抗:R は実数 ですので、 図-9では、横軸上にそ
  の値があります。
  誘導性リアクタンス:XL は虚数 ですので縦軸上に
  その値があります。
  RXL、 共にベクトルですので 大きさ向きが有
  ります。
  インピーダンス:ZR と X (リアクタンス) のベクトル
  の合成ですのでベクトルです。 ( 勿論、Z の 中には、
  R 又は、X が無い場合も有ります。)
  次に重要なのが、XL をどの様に求めるかと言う事で
  す。

          XL = jωL

   となります。ω = 2π ですから、XL は周波数が高
   い程
大きく なります。 直流では周波数:f
   が ”0”
ですからコイルに直流を流した時の XL = 0と  
   言う事になります。


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2023年2月11日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (5)リアクタンスその2
 
                  第31期受験直前講座
                    (5)リアクタンスその2

今回は、コンデンサーによるリアクタンスを考えてみます
。その後、前回出題致しました演習問題の解答を行いま
す。

それでは、 今回のテーマである コンデンサーによるリア
クタンスに関する演習問題を出題します。


[ヒント]  コンデンサーによるリアクタンス:XC は、以下の
式で求められます。

   XC = 1/(ωC)

演習問題(4)   
 電源の角周波数を 1000 [rad/s] とした時、 コンデンサ
 ーの容量が 1.25 [μF] の場合の容量性リアクタンスを
 求めて下さい。
 次に、回路のインピーダンス:Z と 回路に流れる電流:
   I を求めて下さい。

 1.25 [μF] = 1.25 x 10^−6 [F] です。



注・・・図番が飛んでいますが、図-3は、ありません

解答と その導き方及び リアクタンスのまとめは次回、行
います。


前回出題致しました演習問題の解答を行います。
ますは、問題から見てみましょう。



演習問題(3)
[1] 図-2 の回路のインダクタンスは、3 [mH] です。電源
     の角周波数 ω が 1000 [rad/s] であったときの誘導
     性リアクタンス:XLを単位を含めて答えて下さい。

[2] 図-2の回路の合成インピーダンス: Zを求めて下さい
     。
[3] 抵抗:R の値を求めて下さい。



[解答]

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2023年2月10日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (5)リアクタンスその1
 
                  第30期受験直前講座
               (5)リアクタンスその1


今回から3 回に分けて電気回路で重要なリアクタンス
についての 要点と演習問題の出題をいたします。
解き方については、次回ご説明します。


<コイルのリアクタンス:XL>
回路において 電流の妨げとなるのはインピーダンス
Zです。
皆様は、電流を妨げる物と聞いて抵抗:R を思い浮かべ
る方が多いと思いますが、 それだけでは、 電気回路の
問題を解く事は、出来ません。

抵抗は、直流回路においても交流回路においても  同じ
く電流を妨げます。
今回出題します RL回路においてコイルは、導線で出来
ていますので 直流回路においては、ただの導線ですが
交流回路においては、 周波数によりその値が変わるリ
アクタンス
になります。
リアクタンスはコイル または、コンデンサーによる交流
に対する抵抗成分
です。
(コンデンサーの場合もリアクタンスは、周波数により そ
の値が変わります。)
コイルによるリアクタンスは、XL と表記します。
また、その値は、抵抗:R が 実数 であるのに対してリア
クタンスは
虚数 になります。その実数部分虚数部分
のベクトルを 合成したものが
インピーダンス;Zです。

       ZR + jX

交流回路において 抵抗だけの回路が あったとしますと
その場合は、 虚数部分がありませんので Z = R  となり
ますが、この場合も Rは、リアクタンスが”0” のインピー
ダンスになります。


注・・・図の番号が順不同になっています。


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2023年2月8日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (4)直流回路の演習問題の解答
 
           第31期受験直前講座
           (4)直流回路の演習問題の解答

前回出題致しました演習問題の解答を行います。
それでは、前回の問題から見てみましょう。

 演習問題(2)
問1
  75 [Ω](オームと読みます) と25 [Ω]の抵抗をそれぞ
   れ 1つづつを直列に接続した場合の合成抵抗値を求
   めて下さい。

問2
  6 [Ω] と 3 [Ω] と2 [ Ω] の抵抗を 各 1 つづづ並列
   接続した場合の合成抵抗値を求めて下さい。
 
問3
   次の回路図における電流I1 と I2は、それぞれ何 [A]
   でしょうか?又、R3 の両端電圧は、何[V] でしょうか
   ?

[解答]
問1  
 求める合成抵抗を R0 としそれぞれの抵抗をR1及びR2
 としますと

     R0 = R1 + R2 = 75+25 = 100 [Ω]

 答えは、100 [Ω] です。

問2
 求める合成抵抗を R0 とし それぞれの抵抗を R1、R2
 R3 としますと

      R0  = 1/{ (1/R1) + (1/R2) + (1/R3) }
                =1/{ (1/6) + (1/3) + (1/2) }
                =1/{ (1/6) + (2/6) + (3/6) }
                =1/{ (6/6) }
                = 1 [Ω]

 答えは、1 [Ω] です。

問3



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2023年2月7日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (4)直流回路の演習
 
                  第31期受験直前講座
                 (4)直流回路の演習

今回は、電気回路の計算の基礎である、抵抗の直列回
路と並列回路の計算の仕方の復習をいたします。
その後、直列回路と並列回路それぞれの演習問題を出
題いたします。
そして最後の演習問題で直並列回路の枝路に流れる電
流の演習問題を出題いたします。  枝路に流れる電流に
ついては、直列回路と並列回路のお話を思い出しながら
考えてみて下さい。
解答は、次回、行います。
ちなみに、以上の問題は、直流回路と呼ばれます。
それでは、演習の前に復習をしておきましょう。 

(1)直列接続時の合成抵抗値
 
   電池の電圧:V に抵抗R1、R2、 R3 が 直列に接続さ
    れています。
   そこに流れる電流:I は、合成抵抗を R とした時の R 
    により決まります。

   3 つの抵抗へ左から 流入する電流と、 3 つの抵抗を
   通って出てきた電流の値は  同じです。( 回路上の直
    列部分では、何処でも同じ電流が流れると言う事が、
    一番重要ですので忘れないで下さい。)
    (直列接続された抵抗毎に流れる電流が違うと言う事
    は、ありません。)

   図-1 の抵抗を全て外し、その間を 導線で結んだとし
   ますと、導線の抵抗がほぼ ”0” [Ω] ですので、無限
    の量の電流が流れる事になります。
    しかし、電池の能力がありますので 無限の量の電流
   が流れる事は、 有りませんが 導線が燃えてしまう程
   の電流が流れます。
   次に電池の”+”と”−”の間に 1 つだけ抵抗を入れま
   す。その抵抗をR1とし電池の電圧をV としますと、 そ
  の回路に流れる電流:I は、

    I = V/R1                  [A]     (1)

    となります。更にR1と同じ値の抵抗をもう 1 本直列に
    入れますとその時の電流は、

    I = V/(R1 + R1) = V/(2R1)    [A]   (2)

    (1) 式と(2)式を比較しますと (2)式では、抵抗を2個直
   列にした事により電流が1/2になりました。
   抵抗が3個なら 1/3の電流です。つまり、抵抗を直列
    に繋ぐと  回路全体の抵抗値が大きくなり電流は  
    さくなる
のです。直列に繋ぐ2個の抵抗の値がそれぞ
    れ違う場合は、(2)式の2つの R1の内の1つを別の値
    にすれば良いのです。

   それでは、 以上の事を頭に入れて合成抵抗:R を求
    めてみます。
   どの抵抗に流れる電流も同じです。 
   そこで、回路を流れる電流を I としますと各抵抗の両
    端の電圧は、

   V1 = I・R1 、 V2 = I・R2 、 V3 = I・R3

   となります。
   電池の電圧は、V です。 各抵抗の両端電圧を足すと
    電池の電圧と同じにならなければおかしいですネ。
    よって


      V = V1 + V2 + V3
         = I・R1 + I・R2  + I・R3
         = I ・(R1 + R2 + R3)



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2023年2月6日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (3)フレミングの法則の解答
 
                第31期受験直前講座
                (3)フレミングの法則に
               関する演習問題の解答


今回は、 前回出題いたしましたフレミングの法則に関する 
演習問題の解答を行います。
それでは、演習問題から見てみましょう。

[演習問題 7]
     問1 図-1の様に磁界中に導線を置き、Fの方向に導線
      を動かした時、 導線に流れる電流の方向は、a で
      しょうか? b でしょうか?


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2023年2月5日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (3)フレミングの法則
 
今回は、フレミングの法則に関する演習問題を出題いた
します。解答の仕方については、次回お話をいたします。


[演習問題 7]


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2023年2月4日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (2)電界とクーロンの法則の解答
 
               第31期受験直前講座
          (2)電界とクーロンの法則の解答


今回は、前回出題致しました”電界に関する演習問題"
と"クーロンの法則"に関する演習問題の解答を行いま
す。
まず、問題から見てみましょう。

[演習問題の5]
b 点における電界は、1 [V/m]です。c 点における電界
の強さは、何 [V/m] でしょうか?

 
[解答]
 a 点の電荷の電気量をQ[C]として b点の電界を Ebと
  しますと

   Eb = Q/(4π・ε・^2)=1[V/m]   (1)

  です。(1) 式を(2) 式の様に書き換えてみます。

     Q /{4πε・1^2} = k/(1^2)       (2)
      {k = 1/(4πε)です。}

    ※ ^2は、エクセルの書き方で2乗を意味します。
      ^3でしたら3乗を意味します。

  c 点の電界をEcとして Ec を求める式を (2) 式を使用
  して書いてみます。C 点での電界の強さは、分かりま
  せんので x [V/m] としますと

      Ec = k/(2^2) = x [V/m]
        
 となります。

      Eb :Ec = 1 [V/m] :x [V/m]
            x・k/(1^2) = 1・k/(2^2)
                      xk/1 = 1・k/4
        x = 1/4 [V/m]
                             = Ec

 国家試験では、c 点の電界が与えられていて b点の
  電界を求める問題になっていますが考え方は、 同じ
  で比例関係として解く事が出来ます。

 Q [C] の電荷から距離:r [m] での電界の強さは、そ
 こへ +1 [C] 電荷を置いたときに +1 [C] の電荷に働
   く力 です。
 言い方を替えますと、Q [C] の電荷が距離 r の地点
  +1 [C] 当たり何 [N] の力となるかと言うのが電
  界の意味です。また、単位を[N/C]とする事も出来ま
  す。但し、一般的には、[V/m]を使います。

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2023年2月3日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第31期受験直前講座 (2)クーロンの法則
 
            第31期受験直前講座
              (2)クーロンの法則     

今回は、クーロンの法則についての復習と 電界
を含めた演習問題の出題を行います。
通常の参考書では、どの様な訳かクーロンの法
則説明した後に電界の話をするので学習する方
の頭の中は、グチャグチャになってしまいます。
例えて言いますと法律を勉強する方に民法の説
明をした後に憲法の説明をする様なものです。
私は、法律家では、ありませんが、電波法を教え
る場合、電波法の根幹である電波法の総則から
教えます。何故なら 電波法がどの様なものかが
書かれているからです。まずは、全体像のイメー
ジを作るってから細部の説明をするのが 常道だ
と思います。
静電気に関する現象は、全て「電界」の中で起こ
っている事象なのです。
「クーロンの法則」は、 「電界」中にもう  1つの電
荷を持ってきたらどうなるかと言う法則です。
それでは、「クーロンの法則」の復習を始めます。


2.「静電気に関するクーロンの法則」の復習

   上の図では、分かりませんが、誘電率が ε の
   誘電体の中にQ1が作る電界が あります。
  誘電体は、木や空気やその他電気を通さない
  物質であれば何でもかまいません。 勿論、 真
  空でもか まいません。 (但し 金属の様な 導電
   体の中では、誘電率:ε = 無限大 の様なもの
  ですので電界:E = 0 [V/m] です。)

  電荷が単独で存在する時は 何も起こりません
  が電荷が複数個ありますとお互いの間に力:F 
  [N] が働きます。その時発生する力にはその
  きさ方向があります。


  力の方向 電荷が ”+”と ”−”の様に異なる時
          引き合う方向
          電荷が”+”と”+”または  ”−”と”−”
          の様に同じ時は反発する方向

  力の大きさ

    F [N] = Q1・Q2/(4πεr^2) (2)

 
  (2)は、Q1とQ2には、+/− を含んでいますので
  、実は、力の 大きさ方向を 含んでいますので
  、クーロンの法則を全て物語っている事になりま
  す。
  それでは、 何を述べているのか、詳細に見てみ
  ましょう。
  (式をただ 暗記するのは、大変ですが 式が意味
  するところを知れば、暗記せずに 何時でも 活用
  できます。)
  (2)式では、Q1が作る電界の中でQ1から距離: r 
  [m]離れた所にQ2が置かれた事を述べています
  。
  1 つの電荷が置かれ、その近くにもう 1つ電荷を
  置きますと互いの間で力が働きます。
  それぞれの電荷が 他方の電荷に及ぼす力は、
  電荷Q1又は、Q2 との互いの距離が r [m]であり
  さえすれば、どこにあっても良いので仮にQ1を中
  心に考えますとQ2 は、Q1からの半径:r [m]の球
  の表面のどこかに有る事になります。
  (2つの電荷を平面上でなく3次元の空間で考えま
  しょう。)
  この半径:r [m] は、分母にありますので、r が大
  きく成程、左辺の お互いの間に働く力F:は小さく
  なります。この力は、半径: r [m] の 球の表面積
  に反比例
 
して力:F[N] が小さくなります。
  分母の4πr^2は球の表面積を表す式です。


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