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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期受験直前講座 (1)クーロンの法則と電界

         第15期受験直前講座
        (1)クーロンの法則と電界          

2月期の試験迄、残すところ、1月半程となりました。
今回から受験直前講座としまして より実践的なお話を
致します。
今回は、クーロンの法則 電界 に関する 演習問題を
出題いたします。 普通にクーロンの法則と言いますと「
静電気に関するクーロンの法則」を指しますが、 もう一
つ「磁気に関するクーロンの法則」があります。
電荷と、 磁極、 誘電率と透磁率をそれぞれ入れ替えま
すと「磁気に関するクーロンの法則」になります。
考え方は、 どちらも同じですので、 受験直前講座では、
「静電気に関するクーロンの法則」を扱います。
もし、2月期の試験で「磁気に関するクーロンの法則」や
「磁界」 についての問題が出題されても、考え方が同じ
である事を知っていれば慌てずに済む事と思います。

それでは、 「静電気に関するクーロンの法則」と「電界」
について少し、復習をした後、 演習問題を出題いたしま
す。

1.「静電気に関するクーロンの法則」の復習

 上の図をご覧下さい。  誘電率が エプシロンの 媒質の
 中に Q1 と Q2 の電荷が有ったとします。
 誘電体は、木や空気やその他どの様な物質でもかまい
 ません。肝心なのは、任意の物質の中に2つの電荷が
 r [m] の距離で向き合っていると言う事です。

 電荷が単独である時は、 何も起こりませんが、 電荷が
 複数個ありますとお互いの間に力:F [N] が働きます。

 力の方向     電荷が”+”と”-”の様に異なる時は、
            引き合う方向
              
電荷が”+”と”+”または、”-”と”-”
             の様に同じ時は、
            反発する方向

 力の大きさ:F[N]

        F [N] Q1・Q2/(4πεr^2) (1)

 (1)式は、全ての電気現象の基礎となる重要な法則です
 。
 その有り難さは、電気について知れば知るほど感じます。
 式には、意味が有ります
 (式をただ、暗記するのは、大変ですが、式が意味すると
 ころを知れば、暗記せずに何時でも活用できます。)
 (1)式では、 2つの電荷が距離:r [m]  を隔てておかれて
 います。
 1つの電荷が置かれ、 その近くに もう1つ電荷をおきます
 と互いの間で力が働きます。



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どんな勉強をどれだけすれば合格出来るかお分かりでしょ
うか?
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目隠しをして車を運転する様なものです。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 (6)並列共振回路

              第10章電気回路
           (6)並列共振回路

今回は、LCRの並列共振回路のお話ですが、お話を簡単に
する為に抵抗を除いた LC の並列共振回路といたします。
前回お話致しました LCR  の直列共振回路では、 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。  並
列共振回路では、共振周波数で電流が どうなるかを考えて
みます。
 

1.共振回路に流れる電流

図-7の回路に流れる電流 I は、

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

となります。
(1)式を V でく くって整理してみます。
第1項の分子と分母には、 j を掛けています。

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

j ・ j = -1  となりますので、 以下の様に式を 書き換えられま
す。

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

共振周波数では、、

        j・ω・L = j/(ω・L) 

となりますので、 (2)の中カッコの中が ”0” になりますので、I 
一番小さくなります。 ω と の関係は、 図-8 の様になり
ます。      
  
並列共振回路では、共振角周波数ωr の時に 電流 一番
少なくなると言う事です。

この点は、直列共振回路とは、逆になりま。

2.共振周波数

LC の並列共振回路が共振する条件は、直列共振回路と同じで
(3)式の様になります。

       ωr・C = 1/(ωr・L)             (3)

ωr :共振時の角周波数


さて、次に共振時の周波数 fr を求めてみます。
これは、(3)式から求められます。

       ωr^2 = 1/(L・C)

ωr  = 2・π・fr ですから

        fr^2 = 1/{ (2・π)^2・L・C}
          fr = 1/{2・π・sqrt(L・C)}          (4)

(4)式(共振周波数)は、直列共振回路と同じです。


3.直列共振回路と並列共振回路のまとめ

直列共振回路と並列共振回路のまとめです。
   直列共振回路では、共振時に電流: I  最大になり、
   並列共振回路では、共振時に電流: I  最少になる。
と言う事です。
共振回路の両端の電圧で言いますと
   直列共振回路では、共振時に電圧: V  最小になり、
   並列共振回路では、共振時に 電圧:V  が最大になる。
と言う事です。
また、共振回路のインピーダンス:Z で言いますと
   直列共振回路では共振時に が最小になり、
   並列共振回路では共振時に Z が最大になる。
と言う事です。

共振時のインピーダンスを覚えておけば、共振回路の両端電圧と
電流の関係は、V = Z I の関係から分かりますネ。

以上で、電気回路のお話は、全て終了です。
次回からは、「受験直前講座」と題して、普段お話をしてこなかった
事や、試験における実践的なお話を試験直前迄、お話を致します。 


 


今回は、記事が短いので全文を無償公開しています。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 (5)直列共振回路

              第10章電気回路
              (4)直列共振回路 

      
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、航空無線や携帯電話等の無線通信
そのものが成立しません。
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、一体どの様な物なのかからを見
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、 今叩いた音叉のそばに同一の音叉を置きますと、
叩かない方の音叉が 鳴りだしたと言う事を経験した事と思
います。
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
の手前へ 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 ビンの中へ入っり、 ビンの
外へ行ったりと言う繰返しを 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 の息の進行方向の変化が 1 秒間に繰り返される数 
(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
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
等共振の例です。
その他、ニュースで見たある人の行動に共鳴して自分も同じ
様な事をしたいと思うのは、心がその人と同じ動き(振動)を
した事になります。 その他、皆様も共振の例を考えて見てく
ださい。

2.電気回路での共振とは?

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 番外編(LCRのまとめ)

           第10章電気回路
         番外編(LCRのまとめ) 

 


今回は、予定を変更しまして、今迄にお話をしてきました電気
回路の基本的な素子(部品)であるコイル(:L)、コンデンサー
(:C)と抵抗(:R) の交流回路における働きが、大変大事なの
で、確認の為にまとめを行う事としました。

1.誘導性リアクタンス:XL容量性リアクタンス:XC

     XL = ωL (=2πf L)       
        (1)

     XC = 1/(ωC) (=1/(2πf C))     
(2)

2.XL 及び XC と周波数の関係
   
  XL
  周波数が 0 [Hz] (直流)では、0 [Ω]
  周波数が高くなる程大きくなる

  XC
  周波数が 0 [Hz] では、無限大のインピーダンス
  周波数が高くなる程小さくなる
  
  
R
  周波数によらず一定

3.XL、XC、R における電圧と電流の位相関係

  XL

  図-1の通り、電流に対して(電流を基準とした場合)電圧
  は、90° (π/2 [rad])進みます。

  XC

  図-2の通り、電流に対して(電流を基準とした場合)電圧
  は、90° (π/2 [rad])遅れます

  R

  図-3の通り同相(位相差”0”)です。

次回は、直列共振回路のお話をいたします。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 (4)コイルの働きその2

            第10章電気回路
          (4)コイルの働きその2

前回、コイルに交流の電圧を繋ぐと、どの様な事が起きるかに
ついてお話をしました。
今回は、前回のお話を少し進めてみます。

交流は、時間と共にその大きさと流れる向きが変わります。
抵抗に交流の電圧を繋いだ場合、直流電圧を繋いだ場合と同
じで電圧と電流の関係は、 抵抗値を比例定数として、 以下の
関係がありました。

            i = v / R

ここで、i は、交流の瞬時電流(瞬間的な時刻における電流値)
の値です。 そして v は、 交流の瞬時電圧(瞬間的な時刻にお
ける電圧値)の値です。


それらの式を下に示します。
t は、時間です。ωは、角周波数で ω = 2πf で表されます。
f は、周波数で 2π は、360°の事で単位は、[rad](ラジアン
と読みます。)です。  ω としての単位は、[rad/s](ラジアン・パ
ー・セックと読みます。)で 1秒間に360°(1回転分の角度)の
回転を何回するかを表します。 



       i = sqrt(2)I・SIN(ω・t)
      v = sqrt(2)V・SIN(ω・t)


sqrt(2)I・SIN(ω・t) = sqrt(2)V・SIN(ω・t)/R

式からも分かります様に電流と電圧は、t の経過と共に同じ様
に大きくなったり小さくなったり極性も双方が同時に変わると言
う事です。
つまり、電流電圧同位相で変化すると言う事です。
同位相とは、電流と電圧のタイミングにズレが無いと言う事で、
同時に始まり、特にSIN波の場合、同じように大きくなったり、小
さくなったりします。


1.コイルに交流電圧を加えた時の電流


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 (4)コイルの働きその1

          第10章電気回路
        (4)コイルの働きその1


今回と次回の2回に分けてコイルのお話をします。
最後に、コンデンサーの最後に出題しました演習問題の解
答を行います。

それでは、今回は、「そもそも、コイルって何?」 と言うお話
をします。



コイルと磁力線
コイルとは、 上の図の様に導線を巻いただけの部品です。
図には、 描いてありませんが、 磁力線の向きからしますと
電池の”+”がコイルの右側に、 そして左側に ”-”が繋が
れいる事になります。
右ネジの法則より確認してみて下さい。 (理解の為に重要
な作業です。)
コイルに電池等の直流電源を繋ぎますとコイルは、 電磁石
になるだけです。

次にコイルに電池でなく交流電源を繋いでみます。
そしてそのコイルから出る 磁力線が交叉する様に もう一つ
のコイルを左側に置き、 そのコイルの両端に 抵抗を繋いで
みます。
電磁誘導

それが上の図になります。
コイルAに流れる電流は、交流ですので時間と共に電流の
量と向きが変わります。
図では、 コイルAの左側から電流が流れている瞬間を絵に
してあります。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 番外編(フレミングの法則その2)

           第10章電気回路番外編
             フレミングの法則その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、今迄、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いた為に手でフレミングの法則を表す時、
どの指が何を表すか、また、右手と左手がそれぞれ何を表す
か分からなくなっていた方は、いらっしゃいませんか?
右手と左手は、 関係しています。 前回、 右手と左手で作りま
した二丁拳銃の左手と右手の中指で表す言う事がミソになる
事を理解し、あとは、左右共”親指”は、の方向。 人差し指
は、 ”磁界の方向”と覚えますと、 左右の手をバラバラに覚え
る事なく、 今度こそ、 一生ものの記憶になる事と思います。

それでは、フレミングの左手の法則でモーターが廻る理由を細
かく見て行きましょう。


(1)”フレミングの左手の法則”で出来るモーター
  
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、図の形のまま、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 の順に流れます。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 番外編(フレミングの法則その1)

       第10章電気回路番外編
      フレミングの法則その1



今回は、 コイルを理解する為に予備知識として必要なフレ
ミングの法則について今回と次回の2回に分けてお話を致
します。
今回は、電気と磁気が関係すると言うお話からです。
電磁気とは、古典的な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
回からお話します 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、
携帯電話に向かって話をすると、声が相手に伝わる最初の
入り口のマイク (コンデンサー・マイクは、コンデンサーの原
理です。)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る方は、少ないと思います。
記憶に残らないのは、良く理解出来てない事と 何の役に立
つのか明確に示されなかった為かと思います。
しかし、皆様は、 航空無線通信士の免許を取ると言う明
な目的があります
その為に理解しなくては、 なりませんが、 どの様に覚えたら
良いか分からないと言う方も大勢いらっしゃると思います。

今回、これを期に一生記憶に残る覚え方(理解する)をお話
をいたします。
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。
の事を Magnetic Field と言います。 磁気的な力が
空間 
の事です。


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TOITAの「航空無線通信士受験塾」第15期工学第10章電気回路 (3)コンデンサーの働きその3

             第10章電気回路
          (3)コンデンサーの働き
                その3

前回迄に2枚の金属板で絶縁物 (誘電体)を挟んだ  コンデンサ
ーに”電流が流れる仕組み”、 ”電荷を蓄える仕組み” について
お話をしました。
今回は、 コンデンサーに交流を繋いだ場合のコンデンサーの振
る舞いを中心にお話をいたします。 その後、 演習問題を出題い
たします。


1.電荷の蓄積とコンデンサーの両端電圧の関係
元々、 コンデンサーは、 誘電体の両側に2枚の金属の板を向い
合わせた構造ですので、コンデンサーの内部 ( 2枚の金属板の
間 )には、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。

皆さんは、QC・V と言う大変重要な式を覚えられるいる事と思
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  のコンデンサーに 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。



上の図の様に コンデンサー と抵抗を直列につなぎ 時間 t1 に
SW(スイッチ)を入れます。
その時のコンデンサー に流れる電流(正確には、コンデンサーの
両端の導線に流れる電流)とコンデンサーの両端電圧をグラフに
したものが下の図です。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 (3)コンデンサーの働きその2

          第10章電気回路
        (3)コンデンサーの働き 
             その2


前回は、 コンデンサーが電荷を蓄える仕組みをお話をしま
した。
それでは、 コンデンサーとは、充電池の様な物なのかと言
う事になってしまいます。
しかし、充電池として使うのには、蓄えられる量が不十分で
す。
コンデンサーには、もっと重要な働きがあります。
今回は、そのお話を含めて電磁気の見方としてのコンデン
サーについてお話をします。

コンデンサーには、電荷を蓄える物であり、その蓄える量を
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
ンサーに蓄えられた電荷によるコンデンサーの 両端電圧:
V との間には、以下の関係があります。
Q と C と V の関係は、オームの法則と同様に 大変重要
すので覚えておいて下さい。

       Q = C・V




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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 (3)コンデンサーの働きその1

          第10章電気回路
         (3)コンデンサーの
            働きその1

今回から、 前回の抵抗に続いて電子回路の 重要部品である
コンデンサーについて3 回に分けてお話をします。

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。
よって、コンデンサーには、電流が流れません。
電流の流れない部品が何故、重要なのでしょうか?


実は、電流が流れないのは、直流の電圧を加えて、ある程度
の時間が経った後の話なのです。
と言う事は、極短い時間ならば、絶縁部の両側を金属板で挟
んだコンデンサーに電流が流れると言う事なのでしょうか?
なにやら面白そうですね。
この記事の見出しでもお話をしましたが、コンデンサーも コイ
ル同様に無ければ 無線機やアンテンそして電子機器や電気
機器 (洗濯機等主たる部品が 電子部品でなく主に交流電源
を使う機器)も存在しません。
この様に重要な部品ですが、極めて高い周波数を扱う電子機
器や無線機の中では、 意図しないコイルやコンデンサーが形
成されてしまい、設計通りの性能や 機能を果たさない場合が
生じてしまう厄介な物となる事もあります。
携帯電話やスマフォの開発には、必ず、ついて廻る問題です。
何故、その様に事になるかを含めてお話をします。

それでは、コンデンサーとは、何か? を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。
  電荷については、特にコンデンサーで重要ですので、第 9
      章の電磁気の記事を見直しておいて下さい。

(2)構造は?


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 (2)抵抗の働きその2

                第9章電気回路
              (2)抵抗の働きその2


前回は、 直流回路での抵抗の働きと 合成抵抗値の求め方
のお話をしました。
今回は、 交流回路で抵抗がどの様に働くかのお話をします
。 


1.交流回路に於ける抵抗の働き
さて、今回のテーマは、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。 瞬時的な電圧(
瞬時電圧)とは、時間と共に時々刻々と変化し続ける電圧の
一瞬の電圧を言います。その値は、交流電源のスイッチが入
った時の ”位相”と ”経過時間:t より以下の式で求める事が
出来ます。ここでφは、位相を表します。

    v = SQRT(2)・V・sin( 2・π・f・t + φ ) [V]

   注1:SQRT(2) は、2の平方根を表します。
  注2:V は、実効値を表します。 
  注3:f は、周波数を表します。 



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
イクルの平均を平方根で開いたたものです。 
2 乗しませんと 交流ですので、  ”+” と ”―” があり、 合計す
ると ”0” になってしまいますので 2乗して足した後、平方根で
開いています。) を  V とします。
普通に皆様の家庭の コンセントに来ている電圧が 100 [V] と
言っているのは、実効値の事です。 
瞬時値:v の電圧の最大値は、以下の様になります。

         
Vm = sqrt(2)・V
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。

私たちが100 [V] と思っていたコンセントの電圧は、瞬間的に
は、141 [V] にもなっているのです。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 (2)抵抗の働きその1

             第9章電気回路
              (2)抵抗回路その1

前回、直流と交流のお話を致しました。
今回は、電気回路の基本的な素子である抵抗が直流回路でど
の様な働きをするかに付いてお話をします。
そして、 次回は、抵抗が交流回路でどの様に働くかを考えます

同じなのか違うのかを知る事が重要です。

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
   
  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、図-1の場合、3本の抵抗を合成した
  抵抗値 R 考えた時の 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。(電池から流れ出る電流も、電池に
   戻る電流も、 回路上のどの抵抗を流れる電流も同じにな
   ります。
   覚え方としたは、愛(Iは、変わらず。 と覚えます。)

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第10章電気回路 (1)直流と交流

                第10章電気回路
                (1)直流と交流

今回より、 平成27年2月期向け講座の最後の章として、 電
気回路のお話を致します。
電気回路の後は、受験直前迄、受験直前講座を行います。
受験直前講座では、 実践的なお話やら、 通常の講座では、
お話をしてこなかった事をお話致します。

それでは、電気回路を考える場合、「直流」 と 「交流」がどの
様なものであるかと言う事を ハッキリ させておかなければな
りませんので、そのへんからお話を始めましょう。

 
(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、流れ
ません。電流は、時間によらず流れる向きが一定です。

これを直流と言います。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第9章電磁気 (7)電磁気に出てくる単位その2

                第9章電磁気
             (7)電磁気に出て来る
                 単位その2

今回は、前回の続きで起磁力の単位からお話を致します。

4.”起電力”と“起磁力”
 4-1.起電力の単位
     起電力とは、電流(電子の動き)をおこさせる為の電位の差
     をいいますので、単位は、[V] (ボルト)です。   

 4-2.起磁力の単位 
      次の図をご覧ください。
       
         真ん中を四角く くりぬいた青灰色の四角は、 薄い鉄板を何
      枚も重ねた物で その鉄板にコイル A と B が、 巻いてある
      と思って下さい。 白い四角の線が何本か描いてありますが
      、これは、 磁力線です。 上の図では、コイル A から出た磁
      力線の全てがコイル B に交差しています。
      この様に磁力線が通る部分磁気回路と言います。
      磁力線の束である磁束を通す力起磁力と言います。
      電気回路に電流を流させる電池には、起電力が有ると言い
      ます。
      起磁力は、 コイルに流れる電流で決まります。 その為、単
      位は、 [A] (アンペア)になります。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第9章電磁気 (7)電磁気に出てくる単位その1

               第9章電磁気
           (7)電磁気に出てくる
               単位その1

今回は、 電磁気に出てくる単位について2 回に分けてお話を致しま
す。
試験では、3回に1回の割合で出題されていますのが、26年8月期
が変則的でしたので、用心の為、勉強しておきましょう。

電磁気は、 前回迄にお話をいたしました様に ”静電気”と“磁気”に
ついての学問です。
似た点が多いので並行して覚えましょう。

1.“電荷”と“磁荷”
 1-1.電荷の単位
     電荷とは、 原子の構成要素である “陽子”と“電子”が持つ
     電気量を大きさの無い点として扱ったものです。
     その電気量の単位は、[C] (クーロンと読みます。)。

 1-2.磁荷の単位
     磁石には、N 極と S 極があります。
     これを磁極と呼びます。
     磁石を割った経験のある方は、 少ないと思いますが、 例え
     ば、 棒磁石を2つに割りますと、 それぞれの破片の片方の
     端には、N 極、その反対側の端には、S 極が出来ます。
     それぞれの破片を更に2つに分けても同じ事が起こります。
     それぞれの破片を どんなに細分化しても、 片方の端には、
     N 極、その反対の端には、S 極が出来ます。
     細分化した磁極を 静電気の時の電荷の様に磁荷 と言うも
     のを考えます。

     磁荷は、電荷の様に正の電荷と負の電荷の様に単独では、
     存在出来ませんが、磁気を持つ粒と考えたもので、その
     気量の単位を [Wb] (ウエーバーと読みます。)と言います。

     
2.”電界”と“磁界”



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第9章電磁気 (6)静磁界

                        第9章電磁気
                 (6)静磁界


今回は、 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。
そして、最後に前回出題いたしました演習問題の解答を行
います。


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8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。
そして、単位が沢山出てきます。
単位について余り気にされない方が多いと思いますが単位
は、その単位が与えられた事柄の意味を表しています
例えば、速度の単位は、[m/s] です。
これは、1秒(s)当たり 何m 進むかと言う事です。この単位
分母が何々当たりを表します。
本来、単位は、今、お話をしました様に単位が与えられた事
柄の意味が分かる様になっているのですが、単位を 人の名
前に変えてしまった為に本来の意味が分からなくなったもの
が色々あります。
例えば、周波数の単位は、[Hz](ヘルツと読み人の名前です
。)は、 以前は、[c/s] (サイクル・パー・セカンドと読みます。
)を使用していました。
[c/s] は、 1 秒間あたりの 振動数が何サイクルかと言う事を
表しています。
しかし、まだ、本来の意味が分かるものも沢山あります。

また、 単位の重要性は、 計算式が正しいかどうかの検証に
役立つと言う事にあります。
先ほどの速度の例で言いますと、 [速度] =  [掛った時間]
÷[距離] と勘違いした人が居るとします。
すると、速度の単位は、[s/m] となってしまいます。
速度の単位が [m/s] である事さえ知っていれば、式を覚え
ていなくても、式を導き出す事が出来ます。
今の例は、 簡単な式ですから、 この様な事は、無いと思いま
すが、式が複雑になった時は、式の検証に役立ちます。

単位の 重要性について お話をしましたが、 その重要性の為
に航空無線通信士の試験でも良く出題されますので、単位を
覚えておいて下さい。

それでは、磁気のお話をいたします。
なお、磁気は、前回迄お話をしてきました静電気のお話と似い
いる所が多くありますのでその違いただけを覚えて下さい。

[1]磁気力に関するクーロンの法則


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するかどうか 全然分からない状態で受験しているでしょうか

有る程度、 合格が見込めるので頑張ってこられたのでは、
ないでしょうか?
合格が見込めるのは、受験指導のプロがいるからです。
それでは、 「航空無線通信士」の試験は、 どうでしょうか?
どんな勉強をどれだけすれば合格出来るかお分かりでしょ
うか?
分からずに暗記に頼るのは、無謀です。
目隠しをして車を運転する様なものです。
実際に60%以上の方が、この方法で失敗しています。
その数は、近年、上昇傾向にあります。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第9章電磁気 (5)電気力線
                 第8章電磁気
                   (5)電気力線


今回は、 前回お話をしました目に見えない電界(電場)の様
子を知ることが出来る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?
ある ”場” の状態を表す必要がある事があります。 例えば、
大雨が続いて地盤が緩くなっている時、どの地域にどれだけ
の積算雨量が有ったとか言うのを地図上に棒グラフを立てて
表しています。
また、風の様子を矢印の向きで風向を、矢印の長さ又は、太
さで風速を表したものを地図上に沢山描く事で台風の風が全
体として渦を巻いている事を視覚的に捉える事が出来ます。

前回のお話では、ある電荷が有って、その電荷から距離:r の
場所の電界の  ”強さ”と”向き” を知る為に" +1 [C]” の 電
荷を置く事でそれらを知る事が出来ました。
この様に個々の場所の 電界の”強さ”と”向き”を 計算する事
が出来ますが、場の全体の状態を捉える事が出来ません。

そこで、今回、 お話を致します電気力線と言う 架空の線で電
界の様子を表してみます。


 電界の強さE電気力線の密度
         
電気力線が沢山ある所は、 電界が強く、 電
        気力線がまばらな所は、 電界が弱い事にな
        ります。また、電気力線の密度は、計算で求
        める事が出来ます。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第9章電磁気 (4)電位と電位差

                第9章電磁気
                 (4)電位と電位差

前回は、 電界についてのお話を致しました。 今回は、一歩話を
進めて電位と電位差(電圧の事)についてのお話を致します。
電界と 電位および電位差がどの様に関係するかが 学習のポイ
ントです。

1.電位と電位差(電圧)
(1)電位とは?
  電位とは、m[kg] の物体を 高さ h[m] の高に持ち上げた時
  の位置エネルギーに似ています
  よく参考書では、 +1 [C] の電荷を無限遠からその場の電界
  を乱さずに Q [C] の 点から  距離 r [m] の所へ 運んで来
  た時のエネルギー (仕事)と書いてあります。 正確には、 これ
   で良 いのですが、チョット分かりにくいですね。
  仕事とは、何[N] (力の単位:ニュートン) の力で何 [m] 動か
  したかと言う事です。
  遠い宇宙から サッカーボールを 地上から 1 [m] の所へ持っ
  て来るのと 地上から 1 [m] の所へ サッカーボールを 持ち上
   げるのとでは、仕事としては、同じなのです。
  つまり、 地球が基準 だからです。サッカー・ボ―ルを 地球の
  表面から 1 [m] の位置へ運ぶのと、 遠い宇宙から地球の表
  面ら 1[m] の位置へ運ぶ事は、 どちらも、サッカー・ボールが
  同じ位置に来ていますので結果が同じなのです。
  仕事とは結果と考えると良いですね。
  もう少し身近な例で言いますと  神奈川から 東京のある場所
  へあるメーカーのある型番のTV を 配達するのも   福岡の通
  販会社から 東京のある場所へ同じものを 届けるのも、どちら
  も、 同じTVが届くと言う事では、同じ仕事なのです。
  TVの購入は、ネットで注文したので、どこから運ばれてきよが
  、TVが届くと言う事にかわりは、無いのです。
  
  前回の記事の図-3 を見て下さい。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第9章電磁気 (3)電界

           第9章電磁気
           (3)電界



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」のお話をいたします。

さて、「電界」とは、どの様な概念でしょうか?
聞いた事の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
、残念ながら理系の方の中にも沢山いらっしゃいます。
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。
それでは、「電界」についてのお話を始めます。

1.電界とは?
 とは、英語でElectric field と言います。
 電気の力が 及ぶ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、 同じ様にある事が存在又は、作用する範囲 (
 空間)を指す言葉です。
 例えば、「現」とは、現在物事が起こっている場 (空間)
 と言う事になると思います。
 また、 「世」とは、人間が認知出来る空間(界)と言う事
 が出来ると思います。
  身近な範囲で「界(field)」の例を考えて見てください。
 
 
 電界は、 そこに電荷が有るかまたは、 後々お話をします
 磁界の変化により作り出されます。
 身近な例としましては、下敷きを脇の下に挟んで擦り、 そ
 の下敷きを頭に近づけますと、 髪の毛が浮き上がって来
  ます。下敷きを遠ざけますと髪の毛は、元に戻ります。
 下敷きに溜まった静電気の力が及ぶ範囲が電界です。
 電界を身近な例で例えてみます。教室に入った時、好きな
 異性が居たとしますと、 教室は、 心を動かす空間となりま
 す。そして、教室を出ますと、心は、平常に戻ります。
 教室は、心を動かす空間となります。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第9章電磁気 (2)クーロンの法則

             第9章電磁気
          (2)クーロンの法則

前回から電磁気のお話をしています。
前回から数回に分けてお話する内容は、試験に出る内容
と言うよりは、知らなければ先へ進めない重要な事柄です

今回は、 「静電気に関するクーロンの法則」 についての
お話です。 クーロンの法則は、 電気的な現象を理解する
上で、 最も基本的な法則ですので、 完全に理解して下さ
い。

クーロンの法則には、「静電気に関するクーロンの法則」と
「磁気に関するクーロンの法則」があります。
クーロンの法則に限らず、 静電気のお話に出て来る式は、
文字を変えると磁気に関する式になりますので、静電気を
理解出来ますと、後は、皆様自身が、 受験参考書で磁気
に関する内容を読めば分かる様になります。

さて、 クーロンの法則は、 簡単な式で表されますが、この
式に限らず、 式は、 暗記するものでは、なく 何を意味し
ているかを理解する事が重要です。
式の意味が分かれば、 自然と頭に入りますが、 意味もわ
からずに、暗記しますと、すぐに記憶から消えてしまい役に
立たなくなります。

前回は、「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、原子の陽子電子にそれぞれ”+”と”
の電気の性質があり、 電子が原子から離れる事で 
ぞれの性質が見えてくる
と言う事をお話しました。
つまり、1つの原子の中の陽子の数と電子の数が同じであ
れば、その原子は、電気的な性質を示さないと言う事です

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、”-”の電気の性質を示します。
また、電子が抜けた原子は、”+”の電気の性質を示します

(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。 中性子には、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。)

電子が抜けた原子と電子の絵を 一々描いていたのでは、
大変なのでそれぞれを同じ大きさを持つ丸で描きます。
そして、その丸電荷と呼びます。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第9章電磁気 (1)電気の正体

           第9章電磁気
           (1)電気の正体 


        
TOITAの「航空無線通信士受験塾」第15期もいよいよ終盤
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
で有る程度、合格に必要な知識を得た所で、合格の為のだ
め押しとなる得点を得る為に少し余裕の出来る最後時期に
お話をしています。
工学系の学校では、 「電磁気」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。
その原因は分かりにくい高等数学のみで説明される点にあ
ると思います。
本講座では、難しい「電磁気」を皆様の身の周りの事柄に例
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。
分かってきますと、 周りの電気現象が電磁気学的に理解で
き楽しくなってきます。
また、どんなに高度な電気や電子装置にも電磁気学的な現
象が有る事が分かり、けっして、電磁気学は、古臭い学問で
はなく、今も、そして、これからも生き続ける学問である事が
分かります。 まあ~、電磁気学は、電気の基礎ですので全
ての電気現象に共通しているのは、当たり前ですね。
受験参考書では、分からかった事が「な~んだ。そうだった
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。
今回のテーマ 「電気の正体」 を読んで頂きますと分かってき
ます。
今回のお話は、 第1章の空中線と電波伝搬の最初にもお話
をした内容ですが、 重要な事ですので、 再度、お話を致しま
す。

分かってきますと、見えないはずの電気が見えて来る様な気
がするから不思議です。
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、見た事があると言う話も聞いた事がありません。
 今回、 「電磁気」の最初に 「電気の正体」についてお話をす
 るのは、「電磁気」を分かりやすくする為です。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第8章電源 (4)鉛電池の動作

              第8章電源
           (4)鉛電池の動作


今回は、電気を蓄える事が出来る 二次電池の内の鉛電池
のお話をします。
数年前の年末、古くからある TVのクイズ番組を見ていまし
たら、答えが二次電池と言う問題が有りました。
答えたのは、現役のパイロットの方でした。
多分、航空無線通信士の試験勉強の時に 覚えられたので
はと思って見ていました。
ちなみに、 使い捨ての電池は、 充電出来ませんの一次電
と言う事も覚えて於いて下さい。

皆様は、想像がつくと思いますが、航空局は、地上にありま
すので 発電所から送られて来る 電気を使って管制装置や
無線装置を動かす事が出来ますが、 空を飛んでいる 航空
機は、発電所からの電力の供給を受ける事が出来ません。
そこで、自前で発電する事になります。
それでは、航空機の何処で発電するかと言えば、 エンジン
です。
エンジンで推力を得ると共に、エンジンで発電機を回して電
力を得ています。
発電された電気は、電池に蓄える必要があります。
エンジンを動力源として同時に 発電機を回し、 その電気を
電池に蓄えると言うのは、自動車と同じ事です。
それでは、なぜ、電気をそのまま、使わないで蓄えるかと言
う事ですが、



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第15期工学第8章電源 (3)電池一般

             第8章電源
            (3)電池一般 

今回は、電池一般のお話です。電池が航空無線の試験で重視
される理由は、航空機には、飛行中、電線を引いて電気を供給
出来ないと言う事にあります。


電線を引き込めませんので発電機を持たなければなりません。
これは、自動車と同じです。
発電機で発電した電気の最大の使用目的は、エンジンの始動
とエンジンを回し続ける為の電気です。
次に機内の照明などや通信機等への電力の供給です。
発電機で発電された電気は、 使用量が少ない場合、電池に蓄
えられます。 そして、 発電機で発電した電気が、足らない時に
電池に蓄えられた電気を使います。
この様にして、電池は、機内で安定した電力供給の為に使用さ
れます。
つまり、航空機は、電池が無いと飛行出来ない重要な物だと言
う事になります。
近年、最新鋭のB社の航空機が電池の不具合で飛行停止にな
った事は、記憶に新しいところです。 


重要な物は、試験に良く出るのは、当然の事です。
ここで、電池について勉強しておきましょう。


1.乾電池
 (1)一次電池と二次電池
  一次電池・・・・・・・・充電出来ない使い捨ての電池です。
               あまり交換を必要としないTVのリモコ
               ンの電源等に使用されています。
  二次電池・・・・・・・・充電出来る電池です。 携帯電話の電
               池などは、 始終使いますので いちい
               ち交換するより充電できる方が便利で
               すし、経済的です。


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