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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17期受験直前講座 (4)電波の性質他の解答

           第17期受験直前講座
         (4)電波の性質他の解答

今回は、 前回出題致しました、 「電波の性質」と「半波長
ダイポール・アンテナ」に関する演習問題の解答と解説を
行います。
それでは、もう一度演習問題をご覧下さい。

[演習問題5]
次の記述は、 電波の基本的性質について 述べたもので
す。 このうち正しいものを”1”、 誤っているものを”2”とし
て答えて下さい。 ただし、 電波の伝搬速度を c [m/s] 、
周波数を f [Hz] 及び波長を λ [m] とします。
ア c = f/λ [m/s] で表わされる。 その値は、 約 3x10^8
  [m/s] である。
イ 電波の電界の振動する方向を偏波といい、 偏波面
  が常に大地に対して水平なものを垂直偏波という。
ウ 電波は、 放射源から広がって伝わり、 徐々に減す
  るする。
エ 電波は、横波である。
オ 電波は、互いに直交する電界と磁界から成り立って
   いる。

注・・・”ウ”は、国家試験問題出題者の私見で科学的なも
    のでは、 ありませんが出題者の意図にそって答え
    て下さい。

[解答と解説]
ア c の単位は、速度ですので、[m/s] です。f は、周波
   数ですので [Hz] となります。周波数の単位は、 元
   々は、[c/s]  (サイクル・パー・セカンドと読みます。
   )で 1 秒間に何サイクルの振動かと言う事を表す
   単位です。
   そして、λ は、波長で単位は、[m] です。
   それでは、問題の式を 単位に置き換えて書いてみ
   ます。

     [m/s] ≠ [c/s]/[m]
                    = [c/(ms)]                        (1)

   (1)式の右辺の"c (サイクル)"は、単位では、ありま
   せん。 単位には、基準が有ります。1 [m] の長さと
   は、この長さの物ですとか、1秒は、セシウム133に
   マイクロ波を当て戻って来るマイクロ波の回数を基
   準にしていますが、”1個”  とか ”1回”  等は、基準
   が有りませんので単位では、有りません。
   例えば、 リンゴが1個と ブドウが1個では、大きさも
   重さも違い、そもそもリンゴとブドウとは、別物です。
   よって、(1)式の単位は、[1/(ms)] となりますので右
   辺と左辺が等しくありませんので答えは、 ”2” 
   正しくは、

        c [m/s] = λ [m] x f [c/s]
         = λ [m] x f [1/s]             
         = λ x f [m/s]                   (2)

   となります。 そして、光の速度の値は、  間違いあ
   りません。

イ 次の図をご覧下さい。


   左側の縦の棒が導線で高周波電流が上に向かっ
   て流れたり、下へ向かって流れたりしています。す
   ると導線の周りに赤の線で示す磁界が出来ます。
   電流の向きと磁界の向きの関係は、ご存じの通り
   です。
   磁界の大きさと向きは、導線に流れる電流が交流
   ですのでその向きと量によりより変わります。
   磁界が変化しますと、磁界と直角方向に電界の変
   化が生まれます。
   更に、電界の変化は、磁界の変化を生みます。
   図-6 は、”電波とは、何か”を説明する為に良く使
   われた図です。しかし、電界の変化と磁界の変化
   は、同時に起きますので今は、下の図を使って電
   波を説明しますが偏波を説明するには、分かり易
   い図です。図-6では、電界の面(偏波面)が地面と
   垂直ですので、垂直偏波と言います。
   導線を地面と平行に設置しますと
       ちなみに、国家試験の問題文では、垂直偏波の所
   が円偏波になっていますが、円偏波は、 時間軸の
   方へ 向かって上の図をねじったものです。 工事現
   場でみる 地面を掘るドリルの様な形になります。
   試験のテクニック的にみますと、 受験資格の範囲
   を超えた設問は、正解では、ないと言う事です。

ウ  電波でも音でも光でも 同じ事ですが、1つの場所か
   ら輻射された電波や音や光は、全ての方向へ広が
   って行きます。
   つまり、球状に広がって行きます。


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   --- 受験塾からの重要なお知らせ ---

皆様は、高校や大学の受験の為に塾で勉強された事と思いま
す。
それは、独学では、無理だからです。
航空無線通信士の試験の内容は、皆様方の多くの方にとって、
今迄に勉強した事の無い分野だと思います。よって、余計に塾
が必要な訳です。
その様な理由から当塾は、2007年10月 に講座を開講しまし
た。
当講座では、平成27年11月18日現在延べ355,000人の方々
に利用されて参りました。

 ・受験勉強の補強にとお考えの方
 ・参考書を読んでも今一、良く分からない方


当講座の記事が役に立つなとお思いの方は、 会員登録をお願
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」と一言書いてメールして下さい。

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ますと、受験の為のアドバイスをさせて頂けます。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期受験直前講座 (4)電波の性質他

        第17期受験直前講座
       (4)電波の性質と半波
        ダイポール・アンテナ

今回は、「電波の性質」と「空中線と電波伝搬」の範囲から
の演習問題を出題いたします。

「電波の性質」については、 時々出題されますが、 「半波
長ダイポール・アンテナ」 については、 平成16年8月期以
来出題されていません。その前は、平成13年の2月期です

この様に永い間出題されていない問題は、 何時、 出題さ
れてもおかしくない要注意問題です。
例は、悪いのですが、地震の様なものだと思って警戒して
いる必要があります。
要注意問題と言う事もありますが、アンテナの基本ですの
で、アンテナを理解する上では、大変重要です。
その重要性は、八木アンテナの演習問題にチャレンジされ
る時に実感して頂けると思います。

それでは、 「電波の性質」に関する演習問題から出題致し
ます。

[演習問題5]
次の記述は、 電波の基本的性質について 述べたものです
。このうち正しいものを”1”、 誤っているものを”2”として答
えて下さい。ただし、電波の伝搬速度をc [m/s] 、周波数を
f [Hz]及び波長をλ [m]とします。
ア  c = f/λ [m/s]で表わされる。その値は、約 3x10^8
  [m/s] である。
イ 電波の 電界の振動する方向を偏波といい、 偏波面が
  常に大地に対して水平なものを垂直偏波という。
ウ 電波は、放射源から広がって伝わり、徐々に減衰する
   。
エ 電波は、横波である。
オ 電波は、互いに直交する電界と磁界から成り立ってい
  る。

注・・・”ウ”は、 国家試験問題出題者の私見で科学的なも
   のでは、ありませんが 出題者の意図にそって答えて
  下さい。

[演習問題6]

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今迄に勉強した事の無い分野だと思います。よって、余計に塾
が必要な訳です。
その様な理由から当塾は、2007年10月 に講座を開講しまし
た。
当講座では、平成27年11月18日現在延べ355,000人の方々
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期受験直前講座 (3)電磁気にでてくる単位の解答

        第17期受験直前講座
         (3)電磁気に出て来る
           単位の解答



今回は、 前回出題いたしました演習問題の解答を行います

皆様方の中には、 この問題を見て 航空無線通信士の試験
が一通り、 大まかな項目だけを覚えただけでは、 合格出来
るものでは、ないと思われた方もいらっしゃるのでは、ないで
しょうか?
その通りです。「あんな問題までは、勉強していなかった。」
「勉強をしておけば、合格出来たのに。」と言う様な不意を突
かれる問題です。
この問題が出来た方は、普段から コツコツと勉強されてきた
方だと思います。
この様にコツコツと勉強されてきた方が合格されます。
しかし、 今回は、 試験迄に時間がありますのでここでしっか
り勉強しておけば、合格につながる事を理解して頂ければ結
構です。

それでは、演習問題の解答を行います。
(お話が長くなりますので、 今回は、新規の演習問題の出題
は、ありません)

[演習問題4]
以下の記述の内、 正しいもは、”1”、 間違ってるもは、”2”
と答えて下さい。

1.キャパシタンスの単位は、[H](ヘンリー)である。
2.電束の単位は、[Wb](ウエーバー)である。
3.磁束密度の単位は、[G](ギガ)である。
4.電束密度の単位は、[T](テスラー)である。
5.磁界強度の単位は、[A/m]である。
6.起磁力の単位は、[V](ボルト)である。


[解答]
1.キャパシタンスの単位は、[H](ヘンリー)である。
答え   2

 (解説)
 キャパシタンスとは、静電容量の事です。
 電気とは、原子から電子が離れ状態を言います。
 マイナスの電気を持った電子と プラスの電気を持った陽子
 の数が原子の中で同じ時、原子を外から見ても、電気的に
 プラス・マイナス”0”で電気的性質は、見られません。
 このプラスとマイナスの電気を持った物を電荷と言う大きさ
 も形も無い物として考えます。
 この電荷を蓄える物がコンデンサーキャパシター)です。

 電荷の単位は、[C] (クーロン)です。コンデンサーは、 2枚
 の金属板で絶縁物を挟んだ物です。
 この金属板の両端電圧が 1 [V] の時に1 [C] の電荷を蓄え
 られる容量を 1 [F] (ファラッド) と言います。

 単位とは、この様に「”何かが”1”で”1”の何々をする事を ”
 1”何々と言います”」と言う言い方をします。
 例えば、速度の単位は、1 [秒]間に 1 [m] 進む速さの事を1
 [m/s] と言います。



 さて、それでは、[H](ヘンリー)とは、何の単位でしょうか?


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期受験直前講座 (3)電磁気にでてくる単位

        第17期受験直前講座
       (3)電磁気に出て来る単位



今回は、電磁気で用いられる単位に関する演習問題です。
この手の問題を 解答出来るかどうかは、 運しだいと思われ
る方が多いと思います。
その理由は、 単位の背景が分からないので、暗記するしか
ないと思われるからでは、ないでしょうか?

試験問題の問い方としては、 間違っている記述の番号を選
べとか正しいものは、”1”。 間違ってるものは、”2”と答えろ
と言う具合ですが、 この手の問題は、5つほどある問題の全
ての意味が分からないと答えられない様に作られています。
その問題文の1つでも分からなければ解答できません。



当講座では、 その意味を今回出題します演習問題の解答で
解説いたします。
よって、 今回出題します演習問題は、 解答できなくても結構
です。
但し、 次回解答をお伝えします時にその意味をお話しますの
でその時、理解してください。
理解することで、 この手の問題で得点が出来る様になります

出題される単位は、 多くは、 ありませんので、 得点を重ねる
の格好の問題となります。
勿論、分かる方は、挑戦してみて下さい。

それでは、平成18年2月期に出題された問題をアレンジして
出題いたします。


[演習問題4]
以下の記述の内、  正しいもは、”1”、  間違ってるもは、”2” 
と答えて下さい。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期受験直前講座 (2)フレミングの法則の解答

          受験直前講座
        (2)フレミングの法則


前回出題いたしましたフレミングの法則に関する 演習問題
の解答を行います。

[演習問題 3]
      問1 図-1の様な磁界中に導線を置き、F の方向に導
      線を動かした時、導線に流れる電流の方向は、
     a でしょうか? b でしょうか?
    
    問2 図-1 の法則を何と言うでしょうか?

    問3 図-2 の様な磁界中に導線を置き、水色の矢
       印方向へ電流を流しました。
       導線の動く方向は、 a でしょうか?  bでしょう
       か?
 
    問4 図-2 を何の法則と言うでしょうか?

[解答]


問1
 図-1は、磁界の中で導線を動かしていますので、フレミン
 グの右手の法則を示しています。 右手で フレミングの法
 則を表してみましょう。
 右手を前に出し、グーの状態から 人差し指を伸ばします
 。次に親指を立てて拳銃の形にします。
 そして、 中指を 人差し指と親指に対して直角に伸ばしま
 す。
 親指は、”力”の方向を示しています。 つまり、導線の運
 動方向です。
 人差し指は、”磁界”の方向を示します。
 中指は、”電流の方向”を示すます。
 この状態から右手首を90°左に曲げますと図-1と合いま
 す。

 答えは、”a”

問2
 問1の解答で申しましたが

 答えは、”フレミングの右手の法則”

問3
 問4 の答えにもなりますが、フレミングの左手の法則です
 ので、問1で作った指の形を左手で作ってみます。
 
 出来ました左の手首を左側に90°曲げます。
 これで中指が図-2の”電流の方向”に合いました。
 人差し指も”磁界の方向”に合っています。
 残る親指は、”力の方向”ですが、上 を向いていますので
 

 答えは、”a”

問4
 問3で答えましたが

 答えは、”フレミングの左手の法則”

次回は、電磁気に出てくる単位他の演習問題を出題致しま
す。 




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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期受験直前講座 (2)フレミングの法則

        第17期受験直前講座
        (2)フレミングの法則

今回は、 フレミングの法則に関する 演習問題を出題いた
します。解答の仕方については、次回お話をいたします。

[演習問題 3]
      問1 図-1 の様な磁界中に導線を置き、 F の方向に
     導線を動かした時、 導線に流れる 電流の方向
    は 、a でしょうか? b でしょうか?
    
    問2 図-1 の法則を何と言うでしょうか?

    問3 図-2 の様な磁界中に導線を置き、 水色
       の矢印方向へ電流を流しました。
       導線の動く方向は、 a  でしょうか?  b で
       しょうか?
 
    問4 図-2 を何の法則と言うでしょうか?

解答は、次回お話します。

 
 



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期受験直前講座 (1)クーロンの法則と電界の解答

              第17期受験直前講座
         (1)クーロンの法則と電界の解答



今回は、前回出題致しました演習問題の解答を行います。

[演習問題の1]
 次の記述は、クーロンの法則について述べたものです。
 (   ) の内に入れるべき字句を下の語群から選んで答えて
 下さい。

 (1)二つの点電荷の間に働く力の大きさは、 それぞれの 点
    電荷の大きさの( ア )に比例し、 それらの間の距離 
    の( イ ) に反比例し、その方向は、両点電荷を結ぶ
    直前上にある。
 (2)この法則において、二つが異種の場合は、( ウ )方
   向に力が働き、同種の場合は、( エ )方向に働く。

 (積)    (和)   (商)   (差)
 (3乗)      (2乗)    (1乗)
 (反発する)        (吸引する) 



[解答]
(ア)クーロンの法則の式を 見て頂きますと、 分子でそれぞれ
   の電荷の電気量を掛けていますので、答えは、”積”
(イ)式の中には、 分母の距離の2乗が出てきますので、 答え
   は、”2乗”
   この問題文は、 球の表面積の求め方を知らない 中学
   生向けですので、 皆様は、 球の表面積に反比例する
   と覚えて下さい。




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TOITAの「航空無線通信士受験塾」第17期受験直前講座 (1)クーロンの法則と電界

          第17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、2ヶ月程となりました。
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。
電荷を磁極に、誘電率を透磁率にそれぞれ入れ替え
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εの媒質の中に Q
 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。

 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

 大きさ:F[N]

     [NQ1・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。
  それぞれの電荷が 他方の電荷に及ぼす力は、 電
  荷Q1又は、Q2との互いの距離が r [m]でありさえす
  れば、どこにあっても良いので仮に、Q1を中心に考
  えますと Q2 は、Q1 からの半径: r [m]の球の表面
  のどこかに有る事になります。
 (2つの電荷を平面上でなく、3次元の空間で考えま
  しょう。)
    この半径: r [m]が大きく成程  お互いの間に働く力
  、小さくなります。  この力は、半径: r [m]の球の
  表面積
比例 して力:F[N]小さくなります。
  また、力: F [N] はお互いの電荷の大きさの積に
 
します。
 上の図では、 2つの電荷が 真横に居る様に 描いて
 ありますが2つの電荷を結ぶ線の方向は、どの方向
 でも良いのです。
  そして次は、誘電率:ε に 注目してみますと、 式の
 分母に入っていますのでε が大きくなると力:F[N]
 は、小さくなります。 誘電率とは、原子の陽子と 電
 子の分離のしやすさの事です。
 ある意味で ε が大きい例として挙げらるのが金属
 です。
 金属は、わずかな外力で 原子から電子が離れてし
   まいます。と言う事は、ε が無限大と考えて式にい
 れますと 電荷間に 力は、働かない と言う事になり
 ます。
 逆に、ε の小さい、 絶縁物の原子では、陽子と電
 子が離れにくいので、電荷の間に働く力が大きくな
 ります。

  
2.「電界」の復習
 下の図をご覧下さい。

 仮に+q[C]の電荷が誘電率:ε の媒質に置かれた
 とします。
 その+q[C]が作る電界の強さは、+q [C]の電荷から
 の距離:r [m]により変わります。それでは、+q [C]
 の電荷から距離:r[m]の地点での 電界の強さを求
 めてみましょう。

 電界方向   
     
    +1[C]の電荷を置いた時、 その+1 [C 
    電荷に働く力の方向

    
上の図では、+q[C]の電荷が作る 電界です
    ので電界の方向は、+1 [C]の電荷を置いた
    時、+1 [C]の電荷の動く方向 (緑の矢印の
    方向)が +q[C]の電荷の電界の方向になり
    ます。


    q [C] の電荷が ”-”でしたら緑の矢印は、
    左を向きます。

 電界の強さE [V/m] (または、[N/C]

    E [V/m] = q/(4πεr^2    (2)

    (1)式と(2)式を比較してみて下さい。
    (2)式では、分母は、 同じですが、 分子を
    みますと 電荷を表す文字が1つになってい
    ます。
    これは、(1)式 を +1[C]の電荷で割ったも
    
電界の強さ:[V/mとなる事を示し
    ています。単位に[N/c]を使えば、力[N] を
    電荷 [C]で割ったもので有る事から 納得し
    て頂けると思います。
    つまり、+1[C] 当たり、 どれだけの力が 働
    くかと言う事です。
    分数で表される式は、分母当たり分子がど
    の位かを示します。

     例えば、速度は、距離を時間で割ります。
     時間当たり何[m]進んだかが速度です。
    100[m]の距離を10[秒]で進んだとしますと
    1 秒当たり10[m]進んだ事になります。
     この1 [何とか当たり] とい言う事は、○× 
    単位当たりと言う事になります。
    通常、電界の単位は、[V/m]が使用されま
    す。
    ([N/C]と[V/m] は、同じ事を言っています
     ので、[N/C]が[V/m]で有る事は、証 明で
     きますが、航空無線通信士の範囲を超え
     ますので省略します。)
        
それでは、以上の復習を踏まえて演習問題を出題い
たします。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期工学第10章電気回路 (8)電力その2

               第10章電気回路
                (8)力率その2 

今回は、 電力の3つの種類と 力率の改善方法についてのお
話を致します。 
力率の改善方法は、 よく出題されますので、 よく理解してお
いて下さい。

 2.有効電力P無効電力:Q皮相電力S
   電力には、表題のとおり3つの電力があります。下の図
   をご覧下さい。
  
  皮相電力とは、電圧と電流を掛けたもので 位相差:θ
  考慮されていません。

      S = V・I

  電気器具のカタログに書かれている電力は、皮相電力の
  事です。

  有効電力とは、 次式の事で、 言葉の通り、 実際に有効
  となる電力を示します。

      P = V・I・cosθ

  無効電力とは、言葉の通り、実際には、 役に立たない電
  力です。

      Q = V・I・sinθ

  となります。
  V・I に cosθを掛けますと  V・I の水平成分ですので役に
  立つもの。 sinθを掛けますと垂直成分ですので役に立た
  ないものと言う事になります。 この考え方は、大変重要で
  すので、覚えておいて下さい。
  ついでに、P と Q と S の関係を示しておきます。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期工学第10章電気回路 (8)電力その1

           第10章電気回路
            (8)電力その1

今回は、電力の計算に必要力率のお話をいたします。
最近、大学の工学部の電気関連の学部においても、力率
を扱わないケースが有る様です。
扱わない理由は、 色々有ると思いますが、 力率は、 難し
いものではなく、 簡単なものですので、  航空無線通信士
の試験を受験される方は、 試験に出ると言う事もあります
が、 簡単ですので、今回のお話を通じて理解して下さい。
そして、超簡単に 三角関数が理解出来る方法をお話いた
します。


1.電力とは?

  電力とは? と質問しますと皆様は、以下の様に答えら
  れると思います。

    P(:電力)= V(:電圧) x 電流(:I)     (1)

   直流の場合は、(1) 式で良いのですが、前回迄のお
   話の様に、 コイルや コンデンサーが回路内にありま
   すと、 電流と電圧の間に位相差が生じてしまいます。
   その位相差を考慮しますと (1) 式は、(2) 式の様にな
   ります。

    P = VIcosθ             (2)

   ここで、θは、電圧と電流の位相差です。そして cosθ
  
力率と言います。

   何故、cosθを 電流と電圧の積に掛けるのでしょうか?
   下の図をご覧下さい。

   荷物を右側へ引っ張る様子を描いています。
   物理の世界では、荷物を水平移動する事を「仕事」と
   言います。
   仕事を W とし、水平に動かした距離を L としますと

        W = F・L           (3)

   となります。
   F は、力です。
   上の図で θ が ”0°”つまり、地面と水平に力を加
   えれば良いのですが、図の場合、 θ が ”0°” では、
   ありません。
   それでは、 θ が ”0°" でない時の 仕事は、どの様
   に考えれば良いでしょうか?

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期工学第10章電気回路 (7)直列共振回路

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

      

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、ビンの下側を持って、 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
揺れるのも共振の例です。
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17期工学第10章電気回路 (6)LCR直列回路

         第10章電気回路
         (6)LCR直列回路

前回迄に、RL直列回路とRC直列回路のお話をして参り
ました。
今回は、RとLとCを直列に繋いだ場合を考えます。
その前に、前回迄の復習をしておきます。

1.誘導性リアクタンスXL容量性リアクタンスXC
  
イルやコンデンサーが交流に対して示す抵抗リア
  クタンスと言います。単位は、抵抗と同じく[Ω] (オー
  ムと読みます。)
   コイルのリアクタンスを 誘導性リアクタンすと呼び、
  XLで表わします。
  コンデンサーのリアクタンスは、容量性リアクタンスと
  呼びXCで表わします。
  XLとXCは、(1)及び(2)で表わされます。
  

    XL = ωL (=2πfL)        
(1)

    XC 1/(ωC (=1/(2πfC))    
(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、無限大の抵抗値
  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


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期工学第10章電気回路 番外編”RC直列回路”

       第10章電気回路番外編
          RC直列回路

前回は、R(抵抗)とL(コイル)を直列に接続した回
路に交流電源を繋いだ時に それぞれの素子に流
れる電流とそれぞれの素子の 両端の電圧との位
相関係を中心にお話を致しました。
今回は、RとC(コンデンサー)を直列に接続した時
、 それぞれの素子に流れる電流と それぞれの素
子の両端の電圧との 位相関係を中心にお話を致
します。


1.回路に流れる電流
  RL直列回路では、L は、導線をらせん状に巻い
  た物ですので、直流でも交流でも実際に電流が
  流れますが、コンデンサーの場合、原理的な構
  造としては、金属を2枚離して並べたものですの
  で、コンデンサーを貫いて電流が流れる事は、
  ありません。
  ただし、コンデンサーは、 電荷を貯める事が出
  来ます
ので、電荷を蓄える間、及び、電荷を放
  出する時、 ンデンサーの両端の導線には
  電荷の移動がありますので、 電荷の移動、 つ
  まり、電流が流れると言う事になります。
  RL直列回路で、電流は、「I)は、変わらず。
  」 と言う事で、 回路の どの部分をとっても
  同じ電流が流れているとお話を致しました。
  RC 直列回路の場合も同様で、 回路のどの部
  分をとっても同じ電流が流れています。

2.各素子の電流と電圧


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期工学第10章電気回路 (5)RL直列回路

          第10章電気回路
         (5)RL直列回路のイン
          ピーダンスと電流 

前回迄にR(抵抗)、C(コンデンサー)そしてL(コイル)につい
て、個々に、交流電源に繋いだ場合の振る舞いについてお
話をしてまいりました。
準備ができましたところで、今回は、いよいよ、 それらの素
子を組み合わせた場合のお話です。

もちろん、電源は、交流です。
なぜならば、直流において、L は、ただの導線にしかすぎな
いからです。

図-9 を見ますとSIN波に丸の交流電源の回路図記号の上
に斜体文字で V と書かれています。
そして、見にく いのですが、Rの横にRI。そしてL の横にXI  
と書かれています。
ここで注目して頂きたいのは、電流を示すI が斜体文字のI
になっている事です。
V と I は、複素数表示したものです。
通常、V と I   の上には、点が付きますが、ブログでの表示
の関係で付していませんが、同じものだと思って下さい。
いきなり複素数表示と言う 言葉が出てきましたので、 複素
数表示から考えてみます。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17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と 直流電圧を繋いだ場合
は、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。


それらの式を下に詳細に示します。
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塾」第17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、 コンデンサーのお話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。

次にコイルに電池の代わりに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。

時間と共に電流の量がかわりますので 磁力線の数が変わ
ります。
そして、 電流の向きが変わりますと磁力線の向きが変わり
ます。
すると、コイルB に電流が流れます。

[何故、コイルBに電流が流れるのか?]


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17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のが電流である
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
間を通る軸が有って導線は、 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。
磁界の方向は、 H。 電流の方向は、 I。その時の力:Fで導
線a→b の部分で下向き。 導線 c→d の部分では、 力:F は
、上方向に向きます。
前回、 両手で作りましたフレミングの二丁拳銃の内、左手の
方を作って確認してみて下さい。
磁界の方向へ人差し指を、電流の方向へ中指を合わせます
と力の方向が分かりますネ。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17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の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いる方は、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。
磁界の事を Magnetic Field と言います。 磁気的な力が及
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。
  
下敷きの上に砂鉄をまきます。そして、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。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17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)コンデンサーその3

前回迄に絶縁物(誘電体)を 2枚の金属板で挟んだコンデン
サーに”電荷を蓄える仕組み”、”電流が流れる仕組み” 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流れる電流の向き
が同じですので、 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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          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のお話をしま
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 大変重要です
ので覚えておいて下さい。

       Q = C・V          (1)
       
コンデンサーの両端電圧は、電荷が一定量蓄えられる間コ
ンデンサーの両端の導線に電荷の移動(電流)があります
ので、その間、上昇します。
電荷の移動が止まったところで、電圧の上昇も停止します

式で言いますと、C は、定数で変化しませんが、左辺のQ 
が増えると右辺のVが上昇すると言う事になります。



前回以下の様な図をお見せしました。


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               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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                第10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、抵抗に交流の電圧を加えてた時の電
圧と電流の関係です。

抵抗に掛け瞬間的な電圧を 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、 瞬時
値を合計すると ”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 とします。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17期工学第10章電磁気 (2)抵抗の働きその1

           第10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
   値
になります。
   覚え方としたは、愛(I )は、変わらず。 と覚えます。)

   この事を中が詰まっているパイプに  息を吹き込む場合に
   例えてみます。
   中が詰まっていますので 息を吹き込む事が、 出来ません
   のでパイプの反対側から息は、出てきません。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第17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28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。

さて、電気回路とは、電気を教える学校において、電力
系や電子系の学生にとって、電磁気同様に基礎的な学問
で一番最初に教わります。
当講座においては、試験で合格する為の実力がついてき
て、余裕の出来る最後にお話をしています。
電気回路は、電気回路の基本的な素子(部品)が直流や
交流電源に対してどう振舞うか?と言う学問です。

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からハッキリさせてお
く必要があります。

 
(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
す。

これを直流と言います。


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