【解答】（５）
第二種電気工事士レベルで解けるサービス問題です。
まず、R1とR2の並列抵抗を1つの抵抗とみなすと、単純なRL直列回路となります。100Vの電源から20Aの電流が流れだしていますから、RL直列部分のインピーダンスは5Ωです。
RL直列回路のインピーダンスは、コイルのリアクタンスと抵抗値の二乗平均ですから、
となります。これより、R1とR2の並列抵抗Rは3Ωと求まります。
出題文よりR1とR2の電流比は1:3なので、抵抗値は3:1であることから、
（R1×R2）÷（R1＋R2）＝（3R2×R2）÷（3R2＋R2）＝(3/4)R2＝3
以上より、R2は4Ωと求まりますから、R1はその3倍の12Ωと求まります。
【解答】（１）
このような抵抗の組み合わせ回路は、単純化できる部分から順に単純化していきます。
まず、一番右の１Ωと右から2番目の1Ωは直列接続されているので2Ωの抵抗ひとつに置き換えることができます。すると、右から3番目の2Ωとこの2Ωは並列接続されていることになるので、この合成抵抗は1Ωです。右から4番目の1Ωとこの1Ωは直列接続なので、これらの合成抵抗は2Ωとなり、右から5番目の2Ωと並列であることから、これとの合成抵抗は1Ωです。したがって、この回路は、
と接続されているだけの回路に単純化されてしまいます。したがって回路に流れる電流は6Aとなり、（ア）の選択肢は「大きい」です。
電流の正体は電子(自由電子)の流れですが、歴史的な経緯より、電流が流れる向きと電子の流れる向きは逆と定義されています。したがって、（イ）の選択肢は「上から下」です。
この回路は、12Vの電源に、2本の1Ωの抵抗が直列に入っている回路と等価です。したがって、個別の抵抗で消費される電力は、電源が供給する電力に対して半分ずつです。これより（ウ）の選択肢は「0.5」です。なお、問題中に「0.25sの間に」とありますが、この値を計算に使う必要はありません。
抵抗で消費された電力は熱エネルギとなります。これは空気中などに放散されていきますが、移動する熱量は、発熱体とその周囲との温度差にほぼ比例します。たとえば、暖かい時期は熱い飲み物が冷めにくく、真冬では熱い飲み物もすぐに冷めていくことからも理解できると思います。したがって、（エ）の選択肢は「ほぼ比例」です。
【解答】（５）
この回路が定常状態ということは、
とみなせることになります。したがって、C1とC2を取り去り、L1とL2を短絡した回路に置き換えると、これは100Vの電池に20Ωと30Ωの抵抗が直列に接続された回路とみなすことができ、回路に流れる電流は2Aと求まります。
さて、コンデンサに蓄えられる静電エネルギとコイルに蓄えられる磁気エネルギは、
で求められます。ここで、C1にかかる電圧はR1にかかる電圧と同じで、2A×20Ω＝40V、L1に流れる電流は2A、C2にかかる電圧は2A×30Ω＝60V、L2に流れる電流は2Aであることから、
で求まり、これを全部足すと1.52Jとなります。
【解答】（３）
大サービス問題だと気付きましたでしょうか。
一番上の５Ωの両端の線をたどると、一周まわって短絡されていることが分かります。したがってこの５Ωには電流が流れないので、取り去ることができます。
次いで２本の１０Ωの両端をたどると、こちらも２本が並列接続されていることが分かります。したがって、この回路は、25Vの電源に、20＋5＝25Ωの抵抗が接続されているものと同じですから、電流は１Aです。
【解答】（５）
知識問題です。BH曲線とは、磁性体にHの磁場（横軸）を与えたとき、内部に発生する磁束密度B（縦軸）との関係を描いたグラフです。
まず原点から飽和磁束密度まで磁界の強さを大きくした後、外部磁界を取り去ると磁性体内部にはaの磁束密度が残ることになります。これを残留磁気といい、磁性体内部の微小磁石が外部からの磁場によって向きを変えられた後、元に戻らない微小磁石が多ければ多いほどaの値は大きくなります。この状態から逆方向に外部磁場を与えていくと、磁性体内部の微小磁石の合成磁束がゼロになる点があり、これがグラフ中のbとなります。
このヒステリシス曲線が囲む面積が大きければ大きいほど、外部から与えた磁場に対して磁性体内部の微小磁石の向きが変わりにくいことを表し、変圧器などにはヒステリシス曲線に囲まれる面積が小さいものが、永久磁石にするためには面積が大きいものが適していることになります。
【解答】（２）
２つのコイルが自己インダクタンスL1・L2と相互インダクタンスMを持つとき、それらを和同接続（互いに同じ方向に磁束を発生させ、それが互いを貫いている状態）の場合の合成インダクタンスは
差動接続（互いに逆方向に磁束を発生させ、それが互いを貫いている状態）の場合の合成インダクタンスは
であることを知っていれば答えが求まります。
ここで、コイル１とコイル２は共に自己インダクタンスがLであることから、
を解けば正解が求まります。
【解答】（２）
コンデンサの静電容量Cは、極板間距離をd、極板面積をS、極板間の誘電率をεとして、
で求められます。
静電容量CのコンデンサにVの電圧を掛けたとき、蓄えられる電荷量Qは
で与えられ、この時に蓄えられる静電エネルギWは
で求められます。また、距離dの間に電位差Vがある場合、この間の電界の大きさEは、
となります。以上の関係式を用いれば答えを導くことができます。
まず、最初の状態でコンデンサに蓄えられた電荷量を求めます。なお、具体的な電源電圧は与えられていないので、コンデンサAの電圧を基準に考えます。
次いで、これを用いて各コンデンサの静電エネルギを求めれば良いのですが、文字式を用いて計算すると式展開が大変になるので、分かりやすくするためにコンデンサAの静電容量を１F、コンデンサAの電源電圧を１Vと決めてしまいます。すると、
と簡単化することができます。これより、各コンデンサの静電エネルギは、
となり、合計2.5Jです。これらを並列にした場合、合成静電容量は和になりますから、
です。また、蓄えられた合計の電荷量は４Cであることから、静電エネルギは
となります。したがって、
が求まります。
なお、電源から切り離されている以上蓄えられた電荷量は変化しませんが、静電エネルギは変化します。これは並列接続されたコンデンサの間で電荷を移動させるエネルギとして消費されます。
9月17日にSAT社のスタジオにて今年度の電験3種の試験問題解説動画を収録するのですが、それに当たって解説を作成しています。出し惜しみするようなモノでもないので、解説を作り次第ここに上げていこうと思います。
【解答】（２）
電気力線は、電界の様子を表す仮想的な線で、電界の様子を可視化するために考えられたものです。電荷と磁荷、電界と磁界は相似性がありますが、電荷の電気力線に対応するものは磁荷の磁力線ですから、N極からS極に向かう磁力線を思い浮かべれば回答できるでしょう。
なお、Qクーロンの電荷から、電気力線はQ/ε本出る、と定義されています。
直流電動機（2）-b分巻式
お世話になります。機械での質問です。発電回路の場合、界磁電流が下がると、界磁電流により発生する磁界も弱くなる。そうなると、発電機に対する逆起電力が少なくなり、発電回路の電流値(電圧値)は増える。とわたしは思ったのですが、 先生は、発電機を動かし続けると電圧(電流)は落ちて行くとおっしゃってます、すいません。どうしてでしょうか、他励式を基本に考えているつもりなのですが、理解出来ませんでした。宜しくお願い致します。
おっしゃる通り、界磁回路の電圧が下がると界磁電流が下がり、発生する磁界も弱くなります。すると、発電コイルに誘起される電圧も低下する、ここまでは合っています。
分巻式の場合、そうなると界磁回路の電圧が低下するため、界磁電流がさらに低下し、磁界低下→誘起電圧低下→界磁電圧低下→界磁電流低下→磁界低下→誘起電圧低下…というサイクルになります。
このままではどんどん誘起電圧が低下してゼロになってしまうような気がしてしまいますが、発電機には負荷が接続されていることを忘れてはいけません。
発電機の発生電圧が低下すれば負荷に流れる電流も減少しますから、ある一定のところで界磁電流・誘起電圧・負荷電流が平衡した点に落ち着きます。
従って、負荷電流を増加させる（負荷抵抗を小さくする、負荷を重くする）と、それによって段々と発電電圧は落ちるものの、ある程度のところに落ち着いて運転が継続される、という特性になります。
電験3種理論平成28年度過去問からです。問15のＢ問題の解説で
- 電源から見ると3分の8rの抵抗が接続されてるとありますがどういう流れで3分の2rから3分の8rになったのか？
- rと2rの電流比は2対1というのはrに2、2rに1ということか？
- 8r分の3V×3分の1の3分の1はどこからでてきたのか？
以上の3点の回答お願いします！
①
×部分で切り離した回路を考えると、
a端子ーｒ－（ｒと２ｒの並列抵抗）ーｒ－c端子
になります。ｒと２ｒの並列抵抗は2r/3ですから、a端子とc端子の間で考えると、これにｒが2個直列に追加されたものになるので、2r/3+6r/3=8r/3です。
②
その通りです。ｒと２ｒを並列にした場合、流れる電流は抵抗の逆比で２：１になります。（オームの法則で証明できます。I=V/Rなので、Vが一定のときIはRに反比例するため）
③
これは②と同じことですが、ｒと２ｒの並列抵抗に流れる電流を求めると、２：１になります。すなわち、この並列抵抗全体に流れる電流を１とすれば、ｒに流れる電流は2/3、２ｒに流れる電流は1/3になります。
端子aから回路を通って端子cに抜ける電流のうち、図中Iは「ｒと２ｒの並列抵抗のうち、２ｒ側に流れる電流」ですから、上述のように1/3が出てきます。