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第1級陸上無線技術士、第1種伝送交換主任技術者、第1種アナログ工事担任のTOITAが航空無線を目指す、皆様のお手伝いをします。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (8)力率の2
今回は、前回お話をしましたRLの直列回路での力率に続い
てRCの直列回路では、どうなるか図を見ながら確認いたし
ましょう。

fig-144.jpg
  
図-11の様に R 及び C に電流 I が流れて RI 及び XI の電圧
が生じます。それぞれのベクトルは、図-12の様になります。
fig-145.jpg
 
電流 I を基準に考えます。抵抗の両端電圧は、電流 I と同位
相です。
コンデンサー:C の両端電圧は、電流 I に比べ、π/2 [rad] だけ
遅れますので容量性リアクタンスによる電圧のベクトルは、
紫の縦の矢印
となります。
R と C によるインピーダンス:Z の両端の電圧は、RIXI の両
方のベクトルの合成ですから ZI の様になります。Z の両端電圧
の位相は、電流:I に比べてφだけ遅れます

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (8)力率の1
今回で8月期の試験で重要と思われる範囲のお話は、終了
します。(一通り3月から記載しました記事に目を通し、理解
出来ていない所がないか確認しておいて下さい。)
”無線工学”と”電波法規”のお話が終わった後、試験前々日
の8月9日迄は、受験直前講座として”電気回路”、”電磁気”
を中心とした演習問題を行います。

さて、今回は、電気回路の最後として”力率”のお話をします。

1.LRの直列回路の力率

fig-142.jpg
fig-143.jpg
 

回路に流れる電流 :I を中心に考えてみます。
抵抗:R に流れる電流:I による電圧降下 R・I は、電流と同
位相です。
そして、誘導性リアクタンスによる電圧降下は、XI で電流:I
より90度(π/2「rad])進んでいます。
それらの合成した電圧は、 V = ZI となっています。
V と R・I との関係を図-10から見てみます。


  R・I = V・cosφ
             = ZI・ cosφ
        ∴ cosφ = R/Z (1)

ここで電力について考えてみます。
電力の意味は、物理的な意味から学ぶのが良いのですが、
電力:Pは、電圧と電流の積と覚えておいて下さい。
(1)式を使って電力を求めてみます。

 P = I・( V・cosφ)
= I x  ZI x (R・I)/(ZI)
  = R・I^2 (2)

(2)式の下から2行目の下

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (7)共振回路の2
今回は、LCRの並列共振回路のお話ですが、お話を簡単にする
為にLCの並列共振回路といたします。
前回は、LCRの直列共振回路と言う事でLCの値で決まる共振
周波数の所で電流が最大になりましたが、並列共振回路では、
電流がどうなるか考えてみます。
 

1.共振回路に流れる電流
fig-140.jpg

図-7の回路に流れる電流 I は、

        I = IL + IC                          
= V/(j・ω・L) + V/{1/(j・ω・C)}    (1)

となります。
(1)式を V でくくってみます。

         = [ j/(jj・ω・L) +   j・ω・C ]・V
        =[j・ω・C - j /(ω・L)] ・V (2) 

ωは、共振時の角周波数です。
この時、(2)で I は、一番小さくなりますので、ωと I の関
係は、図-8の様になります。      
fig-141.jpg
   
共振時の角周波数ωの時に、電源から流れ出す電流 I
一番小さくなります
この点は、直列共振回路とは、逆になりま

2.共振周波数



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (7)共振回路その1
今回と次回の2回に分けて共振回路のお話をします。
共振回路は、無線には無くてはならない回路です。
共振回路がなくては、航空無線も携帯電話も成り立ちません

それだけ重要な回路ですから無線従事者の資格試験に出題
されるのは、当然です。
それでは、共振回路とは、一体何なのか見て行きましょう。

1.共振とは?

共振回路のお話をする前に“共振”とは、何かについて考え
てみます。
皆様は、小学校か中学校の頃、U 字型の音叉を叩かれた事
があると思います。
その時、まるで同じ音叉を今、叩いた音叉のそばに置きます
と。叩かない方の音叉も鳴りだします。
これを共鳴と言います。
共鳴と共振は、同じ事です。

共振の例をもう少し挙げてみます。
日本中の何箇所かにあるお寺の天井に描かれている竜の下
で手を叩きますと竜が鳴いた様な音がします。
更に身近な例でいいますと、ビンの下を持って、ビンの口へご
自分の口を当てビンの口の遠い方の淵へ息を吹きます。
息は、ビンの口の遠い方の淵で息がビンの中へ行ったり、ビン
の外へ言ったりと言う繰り返しを1秒間に数十回から数百回(ビ
ンの長さによります)繰り返します。
この時の振動数とビンの長さで決まる振動数が同じ時又は、
その倍の周波数の時に音がでます。このビンの固有の周波数
が共振周波数です。
その他、超高層のビルが地震の周期と合って大きく揺れるなど
共振の例は、沢山あります。

2.電気回路での共振とは?

電気回路では、L と C の組合せが共振回路になります。共振
回路には、今回お話します直列共振回路と次回お話します
列共振回路
があります。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (6)並列LCR回路

今回は、L と C と R が並列に接続され、そこへ交流を加えた
場合についてのお話です。
但し、内容が一部航空無線通信士の範囲を越えていますので
、上級試験の参考と言う事で扱います。

1.抵抗・コンデンサー・コイルに流れる電流
fig-58.jpg   

図-12をご覧ください。
電源の電圧は、V です。抵抗、コイル、コンデンサーのそれぞ
れの両端電圧も当然 V です。(今回よりV の様に斜体の太い
文字は、複素数表示とします)しかし、それぞれの部品に流れ
る電流は、抵抗値や誘導性リアクタンス、容量性リアクタンスにより違い
ます。
電源から流出する電流 I とそれぞれの素子に流れる電流の関
係は、以下の様になりま
す。

I = I R + I L + I C ・・・・・・・・・・・・ (1)

それぞれの電流を求めてみます。

I R = V/R  ・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
I L =V/(j・ω・L) ・・・・・・・・・・・・・・ (3)  
   I C = j・ω・C・V ・・・・・・・・・・(4)

(1)式に(2)~(4)を代入してみます。
I = (V/R) + {V/(j・ω・L)}  + (j・ω・C・V )
= [ (1/R) - j・{1/(ω・L) - ω・C} ]・V
                       (5)

(5)の上の行から下の行への変化が分かりにくいと思いますの
で、説明いたします。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (5)直列LCR回路
2.今迄の復習

それでは、今回のテーマのLCRの直列回路のお話をする前
にもう少し準備をしておきます。
fig-132.jpg

(1)式は、コイルに加わる電圧の実効値と電流の実効を複素
表示
したものです。
(2)式は、コンデンサーに加わる電圧と電流の実効値を複素
数表示したものです。
(3)式は、(2)を V= と書き換えたものです。(4)式は、(3)式
の分母と分子にそれぞれ j を掛けたものです。j x j = -1
ですので、(4)の様になります。


3.LCRに加わる電圧と電流
fig-134.jpg

図-1は、LCRの直列回路の回路の各部分の電圧を実効値の
複素数表示したものです。
式で書きますと以下の様になります。
fig-133.jpg
 
(5)式の j [ωL - 1{1/(ωC)} ] の部分を リアクタンスと言
X で表されます。
ここで、ωLは、プラスであり、1/(ωC) は、マイナスである事
に注目しておいて下さい。
(5)式の電流の実効値の前の部分は、 Zの実効値を複素数
表示したものです。この部分の絶対値が(8) 式です。この絶
対値を

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (4)コンデンサーの働き
2.コンデンサーに電流が流れるメカニズム

元々、コンデンサーは、金属の2枚の板を向い合わせた構造です
ので、電流は、直流でも交流でも流れません。よって、電流が流
れるとしているのは、コンデンサーの両端の導線にのみです。
コンデンサーそのものを貫通して電流が流れる訳では、ないので
すが、コンデンサーの両端の導線に電流が流れていますのでコン
デンサーを貫いて電流が流れている様に見えます


(この項のタイトルのコンデンサーに流れる電流のメカニズムは、
正確には、コンデンサーの両端の導線に電流が流れるメカニズム
と言う事になります。)

皆さんは、Q=CV と言う式を覚えていられる事と思います。Q は、
電荷。C は、コンデンサーの静電容量、そして V は、コンデンサー
の両端電圧です。
静電容量:C のコンデンサー電荷:Qが貯まると
コンデンサーの両端電圧は、V になると言う事を表しています。

例えば、コンデンサーの両端に直流電圧を加えますと、導線を通
じて極短い時間、電荷の移動が起こります。
電荷の移動とは、電流が流れた事を意味しますが、先程申しまし
た様に極短い時間でコンデンサーの電荷がQに達してしまい、そ
れ以上電荷を蓄える事が出来ませんので電荷の移動が止まりま
す。よって電荷の移動、つまり電流は、止まります。

3.コンデンサーに繋がる交流
fig-122.jpg

次に、コンデンサーの両端に交流電圧を加えますと、交流は、電
圧とその向きが常に変化していますので先程の式Q=CV の V
(プラス/マイナス含む)が常に変化している訳です。よって電荷の
移動が常にあります。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (3)コイルの働き
それでは、今回のテーマであるコイルに交流電圧を加えた時の電
流と電圧の関係について考えてみます。
コイルに電池を繋いだ時は、瞬間的な事を除けば、コイルの持つ
わずかな抵抗分 r と電圧 Vdc(直流電圧)で電流 Idc(直流電
流)が決まりますが、交流をくわえた場合は、コイルの持つわずか
な抵抗分 r より、はるかに自己インダクタンス:L の影響が大きく
なります。
ここからは、電磁気学でお話しました事の復習です。
自己インダクタンス:L のコイルに 瞬時電流:i が流れた時、コイ
ルに逆起電力:eが発生しますがその値は、

   i = sqrt(2)・I・SIN(ω・t)

   e = -L・(di/dt) = -sqrt(2)・ω・L・I・COS(ω・t)  (1)

コイルに加わる電圧と逆起電力:e の大きさは、等しく、その向きは
、(1)式で””が付いています様に逆です。

   v = -e = sqrt(2)・ω・L・I・COS(ω・t) 
= sqrt(2)・ω・L・I・SIN(ω・t + π/2)   (2)

(2)式からは、電流と電圧の時間的なづれ(位相差)が π/2 [rad
] ある事が分かります。

fig-121.jpg
 
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (2)抵抗の働きの2
2.交流回路に於ける抵抗の働き
さて、今回のテーマ。抵抗に交流を流した時の電圧と電流の
関係です。

抵抗に掛ける瞬間的な電圧を v とします。電圧の実効値(瞬
間的な電圧の値を2乗して1サイクルに渡って合計し、1サイク
ルの平均を取り平方根を取ったものです。2乗しませんと交流
ですので、”+”と”-”があり、合計すると”0”になってしまうから
です)を とします。
普通に皆様が家庭のコンセントに来ている電圧が100[V] と
いっているのは、実効値の事です。 
瞬時値:v の電圧の最大値:Vmは、以下の様になります。

         Vm = sqrt(2)
となります。
皆様の家庭のコンセントへ来ている電圧の最大値は、約141
[V] と言う事になります。
電圧の瞬時値:v は、sin状に時間と共にその値が変わります
ので以下の様になります。

           = sqrt(2)・V・sin(ω・t)
t は、時間です。ωは、角周波数で1秒間に何ラジアン進むか
を示します。360度が2π[rad](ラジアンと読みます。)で1秒間
に2π[rad]分を幾つ分進むかと言う事です。
皆様の家庭に来ている電気の周波数が 50[Hz] としますと
100π[rad/s] と言う事になります。
さて、以上の予備知識が出来たところで、抵抗:R に流れる電
流の瞬時値:i を求めてみます。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (2)抵抗の働きの1
今回は、電気回路の基本的な要素である抵抗の働きに付いてお
話をします。
それでは、基本的な回路でその様子を見てみます。

(1)直列接続時の合成抵抗値
fig-128.jpg
   
  電池の電圧:Vに抵抗R1、R2、R3が直列に接続されています。
  そこに流れる電流:I は、合成抵抗を R とした時の Rにより決
まります。

  回路の左から流入する電流と3つの抵抗を通って出てきた電
  流の値は、同じです。(回路上の何処でも同じ電流が
  流れている事を忘れないで下さい。)

  例えば、中が詰まっているパイプに息を吹き込んだとします
  。実際には、詰まっていますので息を吹き込む事は、出来ま
  せんのでパイプの反対側から息が出てきません。
  
  パイプの詰まりを少し取り除いてやり、息を吹き込みますと
  反対側から、吹き込んだ息と 同量の息が出てきます。
  つまり、吹き込んだ息は、パイプの途中で漏れる事がないの
  です。


  それでは、以上の事を頭に入れて合成抵抗:R を求めてみ
  ます。
  まず、どの抵抗を流れる電流も同じですので、各抵抗の
  両端の電圧は、

   V1 = I・R1 、 V2 = I・R2 、 V3 = I・R3

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第10章電気回路 (1)直流と交流
いよいよ平成23年8月期向け受験講座も最終章となりまし
た。第10章終了後は、受験直前講座といたしまして、実践
的な演習問題や理解を確実にしておくべき項目のお話をお
こないます。

さて、今回は、電気回路の1回目といたしまして”直流”と”
交流”のお話をいたします。
また、その後、”抵抗”とは、何か?、”コンデンサー”とは、
電気回路でどの様に働くのか?”コイル”とは、どの様に働
くのかといった基礎的なお話をいたします。

何を、試験直前になってこの様な話をするのかとお思いの
方もいらっしゃると思いますが、”急がば回れ”と言う言葉
があります。基礎を固める事で、その後の学習の成果が
急速に出てきます。しかし、基礎をおろそかにしますと、何
度同事を学んでも身に付かないといった大変無駄な事に
なります。

fig-47.jpg

 
(1)直流Direct Current (DC)
図-1をご覧下さい。1.5[V]の乾電池に豆電球が繋が
   れています。
  電流は、赤の太い矢印の方へ流れ、けして逆方向へは

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第8章総則
今回で第8期講座の法規のお話は、全て終了です。
参考書では、1番最初に出てくるのが総則です。本講座で
は、出題数の多い項目からお話をしていますので、1番最
後になりましたが、時々出題されるのがこの”総則”です。
総則は、内容が少ないので条文の意味を理解出来れば、
点数の取り易い項目と言えます。ただ、総則は、それだけ
でなく電波法の精神が一番現れている条文である事も理
解しておて下さい。


1.目的

第一条  この法律は、電波の公平且つ能率的な利用
を確保することによって、公共の福祉を増進することを目
的とする。

電波は、万人に共通に与えられた空間を伝わってきます。
電波は、信号を送る為にある幅の周波数を使います。そ
の為、電波法で電波と定められている範囲の周波数をあ
る幅で割ってみますと使用出来るチャンネル(信号を送る
為に必要な周波数の幅:帯域と言います。)は、有限であ
る事が分かります。
その為、総務省は、公平に周波数を割り当なければなり
ません

また、公共の福祉の増進の為に効率的に使用出来る様
に配分しなければなりません


周波数の変更命令でTBSラジオの周波数の変更のお話
を前にしましたが、あの時、今迄、20[Khz]の帯域を全
国のラジオ局に対して18[Khz]に変更させました。
帯域を狭くしたのは、より多くのラジオ局が開局出来る様
にする為でした。

2・定義

第二条  この法律及びこの法律に基づく命令の規定の
解釈に関しては、次の定義に従うものとする。
一  「電波」とは、三百万メガヘルツ以下の周波数の電磁
   波をいう。

第二条では、基本的な用語の意味を定義しています。
一項以外は、読んで頂ければ理解できますので、何度か
読んで理解しておいて下さい。
第一項は、数値が含まれていますので覚えておいて下さい。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (10)電波
今回は、電磁気の最後として電波についてのお話です。
携帯電話やWi-Fi 等身近な所で電波が使われていますが
電波とは、一体何なのでしょうか?
電波の輻射原理の1

図-6をご覧ください。図の左にある導線に上向きの電流(直
流)が流れているとします。導線の真下から見まして右回り
の磁界が発生します。導線の周りの輪は、磁力線です。
導線に流れる電流が直流である場合は、これ以上何も起き
ません。

Step1
次に導線に交流の電流を流してみます。
電流の量は、時間と共に変化します。
導線の周りに磁界が出来る事は、直流の場合と同じですが、
交流では、電流の量が変化します。
するとその磁力線を打ち消す方向に電界の青い輪が出来ま
す。
これは、電気力線です。
電気力線は、磁力線の密度により変わります。

Step2
導線に流れる電流の量により磁力線の密度が変化すると共
にそれを打ち消す(磁力線が強まる時は、弱める様に。そし
て磁力線が弱まる時は、強める様に)電気力線の密度も変化
します。

Step3
先ほどの電気力線の密度の変化は、新たに磁力線の変化を
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (9)コンデンサーの2
コイルのお話の時に自己誘導のし易さを自己インダクタン
と言いました。これを "L" で表し単位を [H] (ヘンリー)
と言いました。

コンデンサーの場合は、静電容量と言います。単位につい
ては、前回お話をしました。単位は、重要ですので、忘れた
方は、前回の記事を見直しておいて下さい。

静電容量は、”C" で表されます。
静電容量:C とコンデンサーに蓄えられる電荷:Q とコンデ
ンサーに繋いだ電池の電圧:V との間には、以下の関係
があります。オームの法則と同様に簡単な式ですので覚え
ておいて下さい。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (9)コンデンサーの1
         第9章電磁気
        (9)コンデンサーの1

今回は、前回のコイルに続いて電子回路の重要部品である
コンデンサーのお話をします。
コンデンサーとは、原理的には、誘電体(絶縁物)を両側から
2枚の金属板で挟んだものです。
コンデンサーもコイルも電子回路の部品といいましたが、実
は、アンテナもコンデンサーとコイルで等価回路で表す事が
出来たり高い周波数を扱う回路では、部品として入れなくて
も部品同士を結ぶ導線等が実際に回路へ入れたコンデン
サーやコイルとは、別に同じ役割をしてしまいます。

それでは、コンデンサーとは、何か具体的に見て行きましょ
う。
(1)コンデンサーとは?
  コンデンサーとは、電気(電荷)を蓄える物だと思って下さ
  い。

(2)構造は?
  下の図をご覧下さい。A と B は、金属板で、εと書いて
  るのは、誘電体(絶縁物)です。
  原理的な構造は、これだけです。
fig-38.jpg
  
(3)コンデンサーの性能?
  (1)でコンデンサーは、電荷を蓄えると言いましたので、その
  性能は、どの位電荷を蓄えられるかと言う事になります。
  その蓄える量の事を静電容量と言います。
  単位は、[F] (ファラッドと読みます)です。
  [F] は、余りにも大きいので [F] の百万分の一(10^-6)の [
μF] (マイクロ・ファラッドと読みます)やその更に百万分の一
  の [pF] (ピコ・ファラッド)が使用されます。
  その他、[μF] の千分の一の [nF] (ナノ・ファラッドと読みます)
  が使用されます。

  それでは、静電容量は、どの様に決まるのでしょうか?
  
    金属板の面積(S)を大きくする ⇒ 容量が大きくなる
    金属板同士の幅(d)を狭くする ⇒ 容量が大きくなる
    誘電率(ε)を大きくする     ⇒ 容量が大きくなる

  以上の事を式で書いて見ます。
  静電容量は、 C と書きます。

      C = ε・S/d     [F]

となります。

(4)コンデンサーは、どの様にして電荷を蓄えるか?
  コンデンサーの両方の金属板にそれぞれ導線を付けた物が
  下の図です。
fig-301.jpg

  εと書いてあるのは、誘電率εの誘電体です。そして、Cと書
  いてあるのは、導線です。導線も金属板も金属で自由電子が
  出来やすい事に留意しておいて下さい。

  ここで、分極の復習をしておきましょう。
fig-259.jpg


  (a)は、 赤い玉が陽子です。青い玉は、電子です。電子の軌
  道はどこでも陽子からの距離が同じです。
  この原子は、電子が逃げる事が有りませんので絶縁物です。

  (b)は、外部から力(電界を含む)を加えた時、力を加えた方へ
  軌道げ変形しています。
   
  通常、原子から電子が離れる事により陽子は、”+”、電子は、
  ”-”の電気の性質をしめしますが、
  (b)の場合も、原子の外部から見ると電気の性質を示します。
  この場合を分極と言います。
  但し、この場合、原子から電子が離れた場合と違い、”+”と”
  -”の電気が1組となって存在します。(c)の様にです。
   

  それでは、コンデンサーに接続された導線 C に電池を繋い
  でみます。
fig-302.jpg

   すると、電池の電圧により導線の中に書かれた青い玉(
   金属中の自由電子)は、電池の”+”に引きつけられ電池
   の”+”の端子から”-”の端子へ進み、金属板Bに到着し
   ます。
   すると誘電体の中の原子に分極が起こります。
   立てに並ぶ分極した原子の1列に注目してみますとどれ
   も下側が”+”(赤)で上側が”-”(青)になっています。
   さらに良く見てみますとそれぞれの真ん中の分極した原
   子と上又は、下の分極した原子の”+”と”-”が隣り合って
   いますのでそれぞれ打ち消しあい結果金属板Aに面した
   方が”-”、金属板Bに面した方が”+”になります。

   その結果、金属板Aは、”+”の電気(電荷)を持った事に
   なります。
   一方、金属板Bは、”-”の電気(電荷)を持った事になり
   ます。

   別の言い方をしますと、金属板Aからの自由電子が金属
   板Bに貯まったと言えます。
   結果金属板Aは、電子が不足していますので”+”の電荷
   を持った事になります。

   この時、導線内を自由電子が移動していますので電流が
   が流れます。
   しかし、金属板に電荷が貯まるのは、極短い時間で終了
   してしまいますのでその後は、電流が流れません。

   この事を下の図(a) に例えてみます。
fig-303.jpg

    Aと言う器に高さ h 迄水が入っています。
    同じ容量の器 B でこの水を受けます。
    最初は、図の様に勢い良く A ~ B へ水が流れ
    ます。
    やがて、器 A の水が少なくなりますと図 (b) の様に水
    の勢いが弱くなります。
fig-304.jpg

     やがて、器 B に水の高さが h になった所で水の流れ
     は、止まります。

     この事を先ほどの電池とコンデンサーにお話をもどしま
     と電池の電圧とコンデンサーの両端電圧が同じなった
     所で電流が止まります。

この続きは、また、次回、お話をします。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (9)コイル
今回は、電子回路に無くては、ならないコイルのお話をしま
す。
電子部品には、大きく分けて”受動部品”と”能動部品”が
あります。
”受動部品”は、「抵抗」、「コイル」、「コンデンサー」の他に
も沢山ありますが、これらは、外部からのエネルギーを供給
する事なく動く部品です。動くと言うより係数的な働きをしま
す。例えば、抵抗: R は、電圧:V と電流:I の間の係数と
して

        V = I・R

の様に働きます。
一方、”能動部品”とは、「トランジスター」を始めとする半導
体、「真空管(電子管)」です。これらは、外部からのエネル
ギーである電源がなければ動作しません。
電磁気の範囲では、”能動部品”のお話は、出てきません。

さて、電磁気でお話するのは、”受動部品”についてですが、
”能動部品”同様に”受動部品”がなければパソコンも携帯
電話もTVもそして無線機も成り立ちません。

そんな重要部品である内の1つのコイルについてのお話を
します。
その前に前回出題しました演習問題の解答をしておきます。

[演習問題]
図-4において電流 I が手前から向こう側に流れている時につ
いて以下の問に答えて下さい。
fig-213.jpg
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (7)直線導線が作る磁界
今回のお話は、試験問題にもある無限遠の真っすぐな導線
に直流電流を流した時のお話です。

fig-212.jpg

図-3の(b)は、無限に長い直線導線と思って下さい。
(無限に長いとは、ある長さ以上であれば、その真ん中にお
いては、先の方の影響は、無いと言う意味で良く使われます
。)

電流の向きが下から上です。電流は、直流ですので、電流
の量や向きは、時間により変化しません。
(b)の様に電流を流しますと右回りの磁界が出来ます。導線
からの距離 r [m] の所の磁界の強さは、H [A/m] です。
距離 r とは、幾つでも良い訳です。磁界の強さ H も具体的
言っていません。
H は、電流の値や 距離 r が決まれば決まってきます。
その磁界の強さ H は、後でお話するとして重要なのは、磁界
の向きです。
皆さんネジをご存じだと思いますが、ネジをドライバーで右回
ししますとネジは、板やナットの中へ進んで行きます。
図(b)に当てはめてみます。
図からしますと天井にネジを差し込むと考えれば良いでしょう。
ネジを右回しにしますと上へ進んで行きます。

ネジの回す向き) = 磁界の向き
ネジの進む向き) = 電流の向き

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (6)フレミングの法則の2
前回は、フレミングの左手の法則とその応用についてお話
をいたしました。今回は、応用の詳細なお話とフレミングの
右手の法則についてのお話をいたします。
皆様の中には、フレミングの左手の法則と右手の法則をバ
ラバラに覚えて手でフレミングの法則を表す時、どの指が何
を表すか分からなくなっているが多いのではと思いますが、
右手と左手は、関係していますの。そこを理解しますと、今
度こそは、一生、記憶に残る事となると思います。

(1)”フレミングの左手の法則”で出来るモーター
fig-116.jpg
  
図-2-1をご覧ください。a-b-c-d は、導線です。b-c と 
a-d の間に軸が有って導線は、回転出来る様になっている
ものと考えて下さい。
導線に電池からの線が接触しています。
電流は、a→b→c→d の順に電流が流れます
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (6)フレミングの法則の1
今回は、電気と磁気が関係すると言うお話です。
電磁気とは、古典の学問なのでどうでも良いと言う風潮が有
りますが、今話題の電力の問題も発電の為には、今回お話
するフレミングの法則がなければ成り立ちません。
身近な所では、携帯電話を耳にあてると音が聞こえるのもフ
レミングの法則です。
また、電気(電子)の重要な部品であるコイルもフレミングの
法則を理解出来ませんと先へ進めません。
しかし、フレミングの法則と言う法則の名前は、知っていても
どの指が何を指すか覚えていない方は、沢山いらっしゃると
思います。
覚えていられないのは、良く理解出来てないからです。
将来航空無線通信士の資格を取られても暗記で合格した人
には、記憶に残りません。
理解出来ていれば一生、記憶に残ります。
今回、これを期に理解しておきましょう。難しい話では、ありま
せん。

フレミングの法則は、電流と磁界の関係を示す法則ですので最
初に磁界についてのお話をします。
磁界の事を Magnetic Field と言います。磁気的な力が及ぶ
空間の事です。
図-1の右の様な棒磁石を小学校の理科の実験で触れられた事
があると思います。
fig-41.jpg
  
下敷きの上に砂鉄をまきます。下敷きの下に棒磁石を置きます
と、図-1の右側の様に棒磁石の周りに曲線が現れます。
この曲線を磁力線と言います。

磁力線についてその性質をまとめてみます。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第9章電磁気 (5)磁気
今回から電磁気(大学では、電磁気学と呼んでいます。)の
一方の主役である磁気についてのお話をします。
磁気は、電波の構成要素の「電界」と「磁界」の「磁界」に関
係します。また、電気(電子)の重要部品の「抵抗」、「コイル
」、「コンデンサー」の内のコイルに関係します。
出来るだけ、分かり易くお話をしていますが、電磁気のそれ
ぞれのお話は、第9章の最初からの積み上げですので、分
からなくなりましたら最初に戻って下さい。
また、会員の方は、遠慮なく質問をお寄せ下さい。

今回のお話の前に前回お出ししました演習問題の解答をし
ておきましょう。
問題は、b点における電界が、1[V/m] の時、c点における電
界の強さを求める問題でした。
fig-33.jpg
   

 
[解答] 

 b点における電界の強さをEb としますと

   Eb = Q/(4πε0・1^2)= 1[V/m] (1)

c点における電界の強さをEcとしますが、その値は、分かり
ませんので取りあえずと x[V/m] としますと

   Ec = Q/(4πε0・2^2) = x[V/m] (2)

(1)式と(2)式の Q/(4πε0) を α とおいて比例関係で x を
求めます。

α・(1/1^2) : α・(1/2^2) = 1[Vm] : x [V/m]
α・(1/2^2)[V/m] = α・x [V/m]
x = (1/4)[V/m]
= 0.25[V/m]

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (4)電気力線
今回は、前回お話をしました電界(電場)の様子を示す電気
力線のお話を致します。
電気力線は、電気(電子)部品の需要な要素(抵抗・コンデ
ンサー・コイル)の内のコンデンサーに大いに関係します。

電気力線とは?
前回の電界のお話の時に地図上に各地点の風向きと風速を矢
印の長さと向きで表し、沢山の地点に矢印を描きこむとこと
である範囲の風の様子が分かるとお話をしました。

まとめますと風の場合は、
  
  風速:矢印の長さ
  風向:矢印の方向

となります。
次に今回お話をします電気力線とは、風の例の様に場の状態
、この場合は、電場(電界)の様子を表します。
どの様に表すかと言いますと

 電界の強さE:電気力線の密度
 電界の向き :電気力線の接線方向

で表します。
下の図をご覧下さい。真ん中の赤い玉は、電荷です。
そして薄い水色の球は、電荷から半径 r [m] の仮想の球で
す。
そして水色の線は、電気力線です。
電荷が”+”でしたら、電気力線は、電荷から出て行きます。
電荷が”-”でしたら電気力線は、電荷に向かって入って行き
ます。
fig-299.jpg

先ほど、電界の強さは、電気力線の密度で表すと言いました
が下の図を観て頂くとお分かりの様に電荷に近い程電気力
線の密度が高くなっています。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (3)電界と電圧
今回は、前回お話をしました「クーロンの法則」を一歩進め
て「電界」のお話をします。
何か訳のわからない言葉だとお思いの方もいらっしゃると
思います。
また、聞いた事はあるが良く意味が分からないと言う方は、
理系の方の中にも多いと思います。
実は、電界とは、皆様が使われる事になる航空無線に深く
関係しているのです。
そうです。電波です。電波は、「磁界」と「電界」から成り立っ
ています。
第9章でも「電波」についてのお話を致します。
電波については、試験にも出題されますので電波のイメー
ジを作って頂く為にも、その前に電界のイメージを作ってお
きましょう。



1.電界とは?
 電界とは、英語でElectric field と言います。
 電気の力が及び範囲と言う事になります。ちなみに電界
 とは、電気屋さんの言葉で物理屋さんは、電場といいます。
 場と界は、同じ様な空間を指す言葉です。

 電界は、そこに電荷が有るか後々お話をします磁界の変化
 により作り出されます。
 
2.電界をどう捉えるか?
 電界とは、それぞれの場所で電荷による力(その他の電荷
 が加わる事で生まれる)の大きさと向きを表示すれば表せ
 そうです。
 これを例えれば、天気予報で最近見かけるそれぞれの地点
 での風向きと風の強さを矢印の向きと長さで表したものです。
 地図上に沢山の矢印が描かれる事で地図上の一帯(電気
 では、これが界になります。)の様子が分かります。
 矢印の無い所は、風が無い所ですので風による力は、発生
 しません。
 今、風による力と言いましたが、風にしても、風が何かに当
 たらなければ力は、発生しません。
 荒涼とした原野を吹きわたる風は、殆どその場を通り過ぎる
 だけです。

 それでは、まず、それぞれの場所による電界の強さ(風の
 例では、矢印の長さ:風速になります。)について考えてみ
 ます。
 電界:E単位は、[V/m] (ボルト・パー・メータと読みま
 す)です。

  それでは、電荷:Q[C](クーロンと読みます。)から r の
  距離の所での電界の強さを求めてみます。
  図-3をご覧ください。
電界の概念図

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (2)クーロンの法則
前回、「電気」の正体とは、何かについてお話をしました。
電気の正体は、原子の陽子と電子がそれぞれ”+”と”-”
の電気の性質があり、原子から電子が離れる事でそれぞ
れの性質が見えてくると言う事でした。
それでは、陽子と電子が分かれる事でどの様な事が起こ
るかの基本となる「クーロンの法則」についてのお話をしま
す。


原子から離れた電子は、”-”の電気を持ちます。
また、電子が抜けた原子は、”+”の電気を持ちます。
(原子は、電子と原子核で出来ています。原子核は、中性
子と陽子で出来ていますが、中性子は、電気的な性質が
ありませんが陽子には、”+”の電気の性質があります。
よって電子が抜けた原子は、”+”の電気の性質を持つ事
になります。)
それぞれの絵を描いていては、大変なのでそれぞれを同
じ大きさを持つ丸で描きます。(但し、実際は、大きさは、
ありません。)
これを電荷と言います。
下の図-2をご覧ください。
電荷同士の力

”+”同士の電荷及び”-”同士の電荷の間には
反発する力が働きます。
”+”の電荷と”-”の電荷の間には引きわう力が働き
ます。

それでは、どの位の力が働くのでしょうか?
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期第9章電磁気 (1)電気の正体
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第8期もいよいよ後半
です。
当塾では、文系の方が一番苦手としている「電磁気」、「電
気回路」のお話を最後にしています。
本来、この2つの項目は、電気を学ぶ学校では、最初にや
りますが、当講座では、合格する事を主眼としていますので
受験に近い時期に行い記憶に残してもらおうとしています。

「電磁気」は、学校では、「電磁気学」と呼ばれ電気を学ぶ
者の基本となりますが、最近では、理解出来ない学生が多
い為に履修すべき科目から外されている大学がある様です

分かりにくいん原因は、高等数学のみで説明される点にあ
ると思います。幸いにも無線従事者試験には、電磁気が出
題される事は、日本の科学技術にとって良い事だと思いま
す。さて、本講座では、難しい「電磁気」を皆様の身の周り
の事に例えて分かりやすい解説を行います。
電磁気は、当然ですが、身の周りの電気に関する事に深く
関係しています。

受験参考書では、分からない事が「な~んだ。そうだったの
か。」と言われる解説を目指しています。

「電磁気」は、文字通り「電気」と「磁気」のお話です。
しかし、どちらも元は、同じなのです。
電気の正体を読んで頂きますと分かってきます。
それでは、今回のテーマ「電気の正体」のお話です。

1.電気の正体
 電気と言えば、家庭のコンセントに来ている奴で家電品や
 パソコン等を使うのに使う奴。それがどの様なものか考え
 た事もないと言う方が多いと思います。
 また、見た事がある人もいないと思います。
  今回、「電磁気」の最初に「電気の正体」についてお話す
 るのは、「電磁気」を分かりやすくする為です。
 また、航空無線通信士は、電気で動く無線機を使うのです
 から、将来、免許を取って、パイロットや管制官やカンパニ
 ー無線の通信を行う様になった時、専門以外の人から聞
 かれた時、答えられる様にしましょう。


 前置きが長くなりました。
atomic.jpg


 身のまわの全ての物質は、分子で出来ています。また、
 その分子は、様々な原子の集まりで出来ています。その
 原子は、上の図で示す様に真ん中の赤で示した原子核

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「航空無線通信士受験直前セミナー」についてのアンケート
    航空無線通信士受験直前セミナーについて
          アンケートのお願い

皆様、今日は。当受験クラブのTOITAです。
最近、私の趣味のHPへの訪問者が使われる検索ワードとし
て「航空無線通信士受験直前セミナー」が多くなっています。
また、ネット上でも実際の会場で行うこの種のセミナーの要
望が多い様に感じられます。
個人でこの種のセミナーを開催するのは、準備等が大変なの
ですが、皆様のご要望が多い様でしたら開催を検討したいと
思います。

アンケートとして、質問項目を並べて回答をお願いするのも
大変かと思いますので、
 「開催日」、「開催日数」、「開催場所」、「参加費用」、
 「セミナーに望む事」
等など1つの項目でも複数の項目でも結構ですので本ブログ
コメントへ書きこみをお願いします。
これからも皆様の受験環境の整備の為宜しくお願いいたしま
す。

なお、アンケートの締め切りは、7月3日とさせて頂きます。
複数のご意見を頂けました時は、結果の発表をさせて頂き
ます。