2018年電験1種 理論問5

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 図の回路についてI_R = I_1 + I_2となることに注意し、キルヒホッフの第二法則を用いて閉路電流I_1I_2の経路について

E_1=2I_1+R(I_1+I_2)=(2+R)I_1+R I_2

E_2=I_2 +R(I_1+I_2)=RI_2+(1+R)I_2

\begin{equation}
\begin{bmatrix} E_1 \\ E_2 \end{bmatrix}
= \begin{bmatrix} 2+R & R \\ R & 1+R \end{bmatrix}
\begin{bmatrix} I_1 \\ I_2 \end{bmatrix}
\end{equation}

(1)の解答は(へ)

 

条件(a)よりE_1= 12V,E_2=15VのときI_1=0Aとなるので2\Omegaの抵抗では電圧降下が発生せず、V_R=E_1となり、E_2=V_R +I_2

I_2 = E_2-V_R= E_2- E_1 = 15-12=3A

(2)の解答は(ワ)

 

I_R=I_1+I_2 = I_2のため抵抗

\displaystyle{R=\frac{V_R}{I_R}=\frac{12}{3}=4 \Omega}

(3)の解答は(ト)

 

E_2=8VR=4\Omegaより

\begin{equation}
\begin{bmatrix} E_1 \\ E_2 \end{bmatrix}
=\begin{bmatrix} 12 \\ 8 \end{bmatrix}
=\begin{bmatrix} 6 & 4 \\ 4 & 5 \end{bmatrix} \begin{bmatrix}I_1 \\ I_2 \end{bmatrix}
= Z \begin{bmatrix}I_1 \\ I_2 \end{bmatrix}
\end{equation}

\begin{equation} Z^{ - 1 } = \frac{1}{6\cdot 5 - 4\cdot 4}\begin{bmatrix} 5 & -4 \\ -4 & 6 \end{bmatrix}=\frac{1}{14}\begin{bmatrix} 5 & -4 \\ -4 & 6 \end{bmatrix}\end{equation}
\begin{equation}
\begin{bmatrix} I_1 \\ I_2 \end{bmatrix}
= \frac{1}{14}\begin{bmatrix} 5 & -4 \\ -4 & 6 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 12 \\ 8 \end{bmatrix}
=\frac{1}{14}\begin{bmatrix}28 \\ 0 \end{bmatrix}=\begin{bmatrix}2 \\0\end{bmatrix}
\end{equation}

 (4)の解答は(ル)

 

I_R=I_1+I_2=1のためI_2 = 1 - I_1として

\begin{equation}
\begin{bmatrix} E_1 \\ E_2 \end{bmatrix}
=\begin{bmatrix} 12 \\ E_2 \end{bmatrix}
=\begin{bmatrix} 6 & 4 \\ 4 & 5 \end{bmatrix}
\begin{bmatrix} I_1 \\ I_2 \end{bmatrix}
=\begin{bmatrix} 6 & 4 \\ 4 & 5 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} I_1 \\ 1-I_1 \end{bmatrix}
\end{equation}

12 =6I_1+4(1-I_1)

E_2 = 4I_1+5(1-I_1)

I_1=4A

E_2=5-I_1= 5-4 =1V

(5)の解答は(リ)