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。
