1年以上サボった末・・・
50代のボクです。ちょっと古くなりますが、今年2022年の3月、電験三種の最新2021年の理論科目過去問を解いてみました。電験の勉強をやめて1年4ヶ月以上。電験のブログは書いても、問題を解いたりしませんでした。
普段の仕事も電気に関連せず、全く電験の問題に接しなかった状態で解いた結果、・・・60点でした。
何とか合格点。電験二種まで取得していたので、自分の頭脳のナマりっぷりにガッカリでした。が、健闘したと言えるかも です。50代になってから勉強で覚えたことは、かなり頭の中から消えた感じです。50代は悲しいですね。
素人過去問解説?
電験の過去問と解答は公式サイトでOPENにされており、引用も自由ですが、解説はありません。電験三種合格者とはいえ、素人なんですが、問題の解説を試みたいと思います。自分が勉強してきた参考書を見て、自分の言葉で思考する過程を言うつもりです。他のサイトや解説を見てコピペはしません。自分が参考書見ても解けなかったら解説出来ずにパスすると思います。完全に正しい解説とは保証できません。でも、分かりやすさは重視しようと思います。
また、ブログ1回で過去問1年分(試験1回分?)も絶対 進まないと思います。投稿止まったら 挫折した と思ってください。勿論 転載は禁止です。
出典:令和3年度 第三種電気主任技術者試験 理論科目 問題 問1
平板コンデンサ問題です。理論科目の教科書では、原理に基づいて点電荷から考えだして平板コンデンサの話に持っていくと思いますが、任意曲面の話などがでてきて とっつきづらいところがあると思います。正攻法は原理を理解して(忘れてもドンマイ)、公式をしっかり覚えるですが、試験対策としては平板コンデンサ、球面、点電荷など場合分けして鍛えるのは、ありです。その場合は場合分けに応じてしっかり区別して公式を覚える必要があります。
今回の過去問の場合、思い出すべき公式は3つ
- V=El(=Ed) 当たり前レベル V電圧、E電界の強さ、l距離、d電極間距離
- Q=CV 当たり前レベル Q電荷、C静電容量
- C=εS/d イメージから絞り出したい S面積、ε誘電率
公式3.のイメージ
平板コンデンサの基本イメージを身近なものに置き換えると、磁石に似ています。磁石と言ってもNとSで引き合う方ですが。N極とS極を遠くから徐々に近づけると、1mmくらいから急にくっつき力が大きくなって バチン とくっついてしまうと思います。電荷も+と−で引き合うので、このくっつき力が大きいほど電荷がたまるイメージです。ですから、距離が近いほうが電荷がたまる=電極間距離dが分母にくる です。
数学的に言うと平板間の距離dはCの分母に来るので0にすることは出来ません。0にすると電荷が無限大に貯まるとなってしまいます。とはいえ、Cにとってdは分母に来るという実感が大事だと思います。
一方、磁石の面積が大きい方が引っ張り合う力も大きそうです。面積Sは分子に来るはず。
εは誘電率・・・大きい方が電荷がたまる ≒ 磁力の強さの感じとすると分子に来ます。
これらから C=εS/d はイメージ出来ます。以上が公式3.のイメージです。
過去問の解説
ここからは実際の過去問についてです。
まず、電気力線の密度=電界の強さ(電界の大きさ)を聞いています。極板が誘電体1と2で繋がっているので、極板間の電圧も誘電体1と2で同じ ということを見抜く必要があります。公式1.のVとdは同じなのでE(電界の大きさ)も同じ。1個目の選択肢(ア)は1。よって解答選択肢(4),(5)が落ちます。
選択肢(イ)は電束について聞いています。電束とは電荷+Qから出て、ーQに行くQ本の矢印です。
公式2.に1.と3.を代入すると以下になります。
Q=CV=EdεS/d=EεS
誘電体1と2で、EとSは等しいのでQは、εに比例します。誘電体1,2で添字1,2をつけると
Q2=ESε2 より ES=Q2/ε2
Q1=ESε1=Q2*ε1 /ε2 ・・・選択肢(イ)
電束の総和は、Q1+Q2=Q ・・・選択肢(ウ)
解答選択肢は(1)となります。
あとがき
ちょっと勢いで始めたら想像以上にボリュームが有ってしんどいです。1問しか進みませんでした。続けるつもりですが、ペースは遅いと思います。