2011年7月30日土曜日

静電気_影像法_静電容量_平成22

次の文章は、2導体間及び大地に平行に張られた電線の静電容量に関する記述である。文中の[  ]に当てはまる語句又は式を解答群の中から選びなさい.ただし、空気の誘電率をεoとする.
図1に示すように、空気中に半径a、導体間距離dの2本の無限長平行導体があり、各導体に単位長さ当たり+ρ、ーρの電荷を与えた場合を考える.ここで、d》aとする.
 このとき、2本の導体の軸を結ぶ平面上、単位長さ当たり+ρの電荷を与えた導体の中心軸からxの点の電界の強さは、
          E(x) = [ (1)  ]                                ・・・・・・・・・・・・・・・①
となる。
したがって、導体間の電位差は、
と求まる。
よって、単位長さ当たりの導体間の静電容量は、
C = [ (3)  ]                                       ・・・・・・・・・・・・・・・③
と計算できる.
次に、図2に示すように、平たんな大地面上の高さhに大地と平行に張られた半径aの電線の大地に対する単位長さ当たりの静電容量を、影像法を用いて求める.ここで、h》aとする.
まず、大地面上の高さhの電線と平行に大地中の深さhに張られた半径aの影像電線を想定する.このとき、③式においてd=2hを代入することで2電線間の単位長さ当たりの静電容量を求めることができる.この静電容量は、大地面と電線間の静電容量と、大地面と影像電線との間の仮想的な静電容量とが直列接続されたものである.したがって、電線の大地に対する単位長さ当たりの静電容量は、電線と影像電線とからなる2電線間の場合の[ (4)  ]となる.よって、電線の大地に対する単位長さ当たりの静電容量は、
C = [ (5)  ]                                       ・・・・・・・・・・・・・・・④
と求めることができる.なお、大地は完全導体であるとする


解答群=========================================


解答

(1)ー(ヌ)
導体からx離れた電界の強さE(x)は


導体が2本あるので
(2)ー(ヲ)
(1)で求めたE(x)を積分計算するだけ

(3)ー(ホ)
C、V、qの関係式に(2)で求めたVを代入するだけ

(4)ー(ワ)
静電容量は長さに反比例する

(5)ー(ヨ)
まず、電線と影像電線との静電容量C’は(3)と求め方は同じで、導体間距離dが2hになっているだけ。

そして(4)より、電線と大地の静電容量Cは、電線と影像電線との静電容量C’の2倍であるから
 C=2C’ 



2011年7月17日日曜日

過渡現象_初期電荷あり_平成22






解答
 
  (1)ー(リ) 電圧 E が抵抗で分圧されるだけ
  (2)ー(ニ)    同上
  (3)ー(イ) 微分方程式④をとけばよい。qはC1やC2にある電荷ではなくR2を流れる電荷。
  (4)ー(ホ)    同上
  (5)ー(カ) 時間がたてば v1 と v2 は同じになる


思うに、①②③式を作ることが難しいと思うけれどすでに作られているので少し楽。











交流回路_四端子定数_平成13

次の文章は、二端子対回路に関する記述である。表中及び文中の[  1  ]~[  5  ]に当てはまる式又は数値を解答群の中から選び、その記号をマークシートに記入しなさい。
図のように3個の同じインピーダンスZからなる回路がある。


端子1ー1’及び2ー2’の電圧をそれぞれV1及びV2とし、両端子に流れる電流をそれぞれI1びI2とする。
 図のー点線で囲まれた回路の四端子定数をA、B、C及びDとすれば、V1、I1、V2びI2の関係は次式で表すことができる。

この回路において、下表のa欄に示すそ操作を行ったとき、端子1ー1'からみたインピーダンスは、同表のb欄あるいはc欄のように求められる。
他方、図の回路において端子2ー2’を短絡したときのI1とI2の関係を求め、端子2ー2’を開放したときのV1とV2の関係を求めた後、式①及び式②並びに上表の結果を考慮すれば、A=D=[ 3 ],B=[ 4 ]及びC=[ 5 ]が求まる



解答
 端子2ー2’を短絡して式①式②をみるとはV2が0になるので


となり
[   1    ]

又、端子2ー2’を短絡して回路をみると、

②’と④から
D = 2 ・・⑥       [   3    ]
③と⑤から

⑥と⑦から
B = Z ・・ ⑧        [   4    ]

が導き出てくる。





同様に端子2ー2’を開放してやると
[   2    ]

A = 2   ・・・・ ⑩
            C = 3/Z ・・・   ⑪             [   5   ]