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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18期受験直前講座 (4)直流回路の演習

          第18期受験直前講座
            (4)直流回路の演習


今回は、 電気回路の計算の基礎である、抵抗の直列回路
と並列回路の計算の仕方の復習をいたします。
その後、 直列回路と並列回路それぞれの演習問題を出題
いたします。
そして最後の演習問題で 直並列回路の枝路に流れる電流
の演習問題を出題いたします。 枝路に流れる電流について
は、お話をしていませんが、まずは、ご自分で今回のお話の
内容を元に考えてみて下さい。
解答は、次回、行います。
 ちなみに、以上の問題は、直流回路と呼ばれます。
それでは、演習の前に復習をしておきましょう。 


(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、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 直列部
  分では、 何処でも 同じ電流流れると言う事が、大
  変重要ですので忘れないで下さい。

  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。
  しかし、 中が詰まっていますので息を吹き込む事は、 
  出来ません。 よってパイプの反対側から息が出て来
  る事は、ありません。
  
  そこで、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。当たり前ですネ。 パイプの中で吹き込
  んだ息が消えたり増えたりする事は、ありません。
  電気回路でも同じ事です。


  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。


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それは、独学では、無理だからです。
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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。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期受験直前講座 (3)電磁気に出て来る単位の解答

               第18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18期受験直前講座 (3)電磁気に出て来る単位

           第18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5]
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。

解答及び解説は、次回お伝えします。




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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期受験直前講座 (2)電気力線とフレミングの法則の解答

         第18期受験直前講座
     (2)電気力線及びフレミングの法則の解答

今回は、 前回出題しました 「電気力線」と「フレミング
の法則」についての演習問題をの解答をいたします。
それでは、演習問題をご覧ください。


[演習問題3]
図-4 の様に正の電荷と負の電荷が存在します。
この時、 A、B、C、D と書いていある矢印の根元の
の丸の点での電界の方向は、 A でしょうか? B で
しょうか? C でしょうか? D  でしょうか?



[ヒント]
茶色の点に”+1 [C] ”の電荷を置いたとき、”+1 [C] の
電荷が動く方向が電界の向きです。

[演習問題4]
次の記述は、電磁力に関するフレミングの左手の法則
について述べたものです。
(      ) 内に入れるべき 字句の組合せの内 正しい
番号を選んで下さい。

(1)左手の親指、人差し指及び中指を互いに直角に曲
   げた時、親指が ( A ) の向きを表す。
(2)(1)の人差し指は、( B ) の向きを表す。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期受験直前講座 (2)電気力線とフレミングの法則

         第18期受験直前講座
     (2)電気力線及びフレミングの法則

今回は、 「電気力線」と「フレミングの法則」についての
演習問題を出題いたします。

「電気力線」って何だっけ?電気の力が線状になってい
るのか?などと思う人は、いないと思いますが、演習問
の出題前に復習をしておきましょう。 そして、フレミング
の法則についても復習をしてから演習問題に致します。

1-1.電気力線とは?
  1)電気力線は、電界の様子を表す仮想の線です。
  2)電気力線の密度界の強さを表します。

         図-1

   図-1は、電荷から電気力線が出ている様子を示
   しています。
         AとA'は、 同じ単一面積ですが、緑の電荷から離
    れる程、単一面積を通過する電気力線の数(密度
   ) が少なく(低く)なっています。
    つまり、電荷から離れる程、電界が弱くなります。 



  3)電気力線の接線方向電界の向きを表します。
  電界とは、 電気の力が働く空間の事ですが、 その
  電界それぞれの場所における ”強さ”、 ”向き”、を
  表すものが電気力線です。

  その性質を幾つか列挙しておきます。
1-2.電気力線性質



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期受験直前講座 (1)クーロンの法則と電界の解答

              第18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
    直線上にある。
 (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、 分母に距離の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。


 


(ウ)異種の電荷ですので答えは、”吸引する”
(エ)同種の電荷ですので答えは、”反発する”

[演習問題の2]
b点における電界は、1[V/m] です。c点における電界の強さは
、何[V/m] でしょうか?

 


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期受験直前講座 (1)クーロンの法則と電界

         第18期受験直前講座
        (1)クーロンの法則と電界          

8月期の試験迄、 残すところ、2ヶ月を切りました。
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、8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。


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TOITAの「航空無線通信士受験塾」第18期工学第9章電気回路 (10〉並列共振回路
<

                第9章電気回路
             (10)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 くって第1項の分子と分母には、 j を掛けてい
ます。
そして、第2項の分子分母には、・ω・c 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。 

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9章電気回路 (9)RLC直列共振回路

            第9章電気回路
             (9)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
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?
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、 直列共振回路 並列共振回路
あります。

ビンを吹いた時の息に当たるのは、LC回路に加わる
電源です。電源は、常に、LC 回路へエネルギーを与
え続けます。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9章電気回路 (8)RLC直列回路

           第9章電気回路
         (8)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
  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

  XL

  図-1の通り、電流に対して(電流を基準とした場合)


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9章電気回路 (7)RC直列回路

        第9章電気回路
          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
  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
  コンデンサーへ向かって流れる電流は、抵抗を
  通ります。

  

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9章電気回路 (6)RL直列回路

          第9章電気回路
         (6)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。
それぞれのは、斜体文字です。

斜体文字の V と I  は、 電圧と電流を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。
抵抗回路では、電流と電圧の位相差が  有りませんので考
え無くても良いのですが、 コイルや コンデンサーに 交流電
流を流した場合、電圧と電流の間に 位相差が生じてしまい
ます。
電圧や電流には、それぞれ大きさとそれぞれの始まりの角
度(位相)がありますので、これらを表すとき、 ベクトルで表
示する事が出来ます。
そのベクトルを仮に z  とした場合、以下のグラフの様に


軸を実軸、 縦軸を虚軸( 虚数軸 )として 分解して表す事が
出来ます。 z の実軸成分は、a。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9章電気回路 (5)直列回路と並列回路

         第9章電気回路
       (5)直列回路と並列回路 

今回は、講座を始めてから8年半の間、独立した内容
としての ”直列回路”と ”並列回路”のお話をしてきま
せんでしたので、改めてお話をする事としました。

回路は、その名の通り” 回る道(路)” です。
何が回るかと言えば、それは、”電流” です。
電流が回路内を周ると言うのは 電気回路的な考え方
で、電磁気学的な考え方では 電子が動けば、電流で
すので、回路の中をグルグル周る必要は、有りません
が、電気回路では、周ると考えた方が考え易いのです

例えば、 電池、スイッチ、抵抗が図-1 の様に繋がって
いたとします。
スイッチを入れると 電池の+からスイッチ、抵抗、電池
のへ電流が流れると考えるのです。
スイッチが切れれば、電流は、流れません。 


 
         図-1

そして、電流が周る所が周る路が、回路です。
回路ですので、一巡して辿れる必要があります。
上の図では、路が一本路ですが、道も、別れたり、合
流したりします。 次の図-2 では、一本路が途中で三
叉路になっています。 そしてまた、一本路になって電
池に繋がっています。



         図-2


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9章電気回路 (4)コイルの働きその2

              第9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。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9章電気回路 (4)コイルの働きその1

             第9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。
そして、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の右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18期工学第9章電気回路 (3)コンデンサーの働きその3

           第9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”、と”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)を貫いて電流は、 直流でも交流でも流れませ

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、 コンデンサーをブラックボックスとし、 両
端に繋がれだ導線を見ますと コンデンサーを貫いて電流が
流れている様に見えます。まるでマジックの様です。

皆様は、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。

t1で 電流は、一瞬にしてMAXとなり、急激に減少して 電流
が流れなくなります。 一方電圧は、t1 の瞬間は、0 [V]です
が急激に電圧が高くなり電池の電圧と同じ電圧になり その
後は、電流の値も電圧の値も変わりません。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9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 
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。

器Aは、電池に相当します。 水の深さ:h は、電圧:Vに相
当します。そして器Bは、コンデンサーです。 器の容量(大
きさ)は、静電容量です。
そして蓄えられる水の量は、電荷の量:Q です。


上の図(a) における器Aの水が図(b)になりやがて器A の
水が全て器B に移り、水の移動は、停止します。

今度は、器Aを器Bと同じもの(コンデンサー)に変え、器
Bの置いてある高さと器Aの置いてある高さを逆にします



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その様な理由から当塾は、2007年10月 に講座を開講しまし
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9章電気回路 (3)コンデンサーの働きその1

               第9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 電子部品でなく電源に 交流を
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
  8章の電磁気の記事を見直しておいて下さい。

(2)構造は?
  下の図をご覧下さい。AとBは、金属板で、ε と書いてあ
  るのは、誘電率がεの誘電体(絶縁物)です。
  誘電率については、第8章の電磁気で復習しておいて下
  さい。
  誘電率が何か覚えていられる方は、コンデンサーがどの
  様な物かある程度、察しがついた事と思います。
  原理的な構造は、これだけです。
  
(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が、
   その蓄える電荷の量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。
   単位は、重要だとお話をしましたネ。
   [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)も良く使用されます。
   それぞれ、10^-3(-3乗を意味します。)づつの違いと
   言う事を、余裕のある方は、覚えておいて下さい。 



   それでは、 静電容量:Cは、どの様に決まるのでしょう
   か?


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9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
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。

交流は、時々刻々とその値を変化させています。
抵抗に掛け 瞬間的な電圧を v とします。 瞬時的な電圧(
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
たっ時の”位相”と”経過時間:t により 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
根で開いています。)を 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。 


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9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3つの抵抗を通って出てき
  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。この点が一番重要です。
   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。
   3本のパイをつないで息を吹き込みます。
   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。
  
   3本のパイプをそれぞれ、少しづつ、違った量だけつまりを
   を取り除いて、3本を繋ぎます。 


   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。
   そして、パイブの中を流れる息の量は、どのパイプの何処
   でも同じです。


   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、どの抵抗に流れる 電流も同じIですので、各抵抗の
   両端の電圧は、

   V1 = I・R1 、 V2 = I・R2 、 V3 = I・R3

   となります。
   電池の電圧は、V です。 各抵抗の両端電圧を足すと電池
   の電圧:V と同じにならなければなりません。
   よって




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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第9章電気回路 (1)直流と交流

             第9章電気回路
             (1)直流と交流

今回より、 平成28年8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
問である為に一番最初に教わります。
当講座では、文系の方が電磁気と電気回路を一番苦手
としている為に、試験で合格する為の実力がついてきて
、余裕の出来た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
です。

これを直流と言います。
勿論、電池を例にすれば、図の電池の左側が”プラス”に
なったり右側が”マイナス”になったりしません。
この様子をグラフにしますと図-1の下の様になります。
電圧は、 時間の経過によらず 1.5 [V]の電圧を 維持して
います。
勿論、電流の量も時間の経過によらず、一定です。
まとめますと、電流・電圧時間よらず一定です




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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第8章電磁気 (7)フレミングの法則その2

             第8章電磁気
            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。
導線は、最初に述べました様に軸が有るとしますと、 導線の
a→b と c→d で、力の方向が逆ですので、 軸を中心に左向
きに回転し、導線の a→b と c→d の位置が逆になります。
しかし、 実際の導線には、各部分に 名称が付いている訳で
は、ありませんから導線が半回転して新たに導線 a→b と導
線c→d にあたる部分では、それぞれ、下向きと 上向きの力
が働きますので、又、半回転します。以上の事が、電池から
電流が供給される間、続きます。
よって、導線は、回り続ける事になるのです。

(2)”フレミングの右手”の法則で出来る発電機
  再度、図-2をご覧ください。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第8章電磁気 (7)フレミングの法則その1

             第8章電磁気
          (5)フレミングの法則 
                その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、古典的な学問なのでどうでも良いと言う風潮
が有りますが、 それだけに、日常の生活の基礎的な部分
でお世話になっています。
今回お話をしますフレミングの法則も身近な所では、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
立つのかが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 
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。
  


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第8章電磁気 (6)電磁気に出て来る単位その2

            第9章電磁気
          (6)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。

次にお話し致します、 静電容量と 自己インダクタンスの単位は、 まだ
、コンデンサーとコイルのお話をしていませんので早いのですが、単位
と言う事で、今回、お話をしておきますが、後でコンデンサーとコイルの
お話をする時に役に立つはずです。

5.”静電容量”と“自己インダクタンス”
 5-1.静電容量の単位
     コンデンサーとは、 絶縁体を2枚の金属板で挟んだもので
     す。
     絶縁体の片方の金属板に”+”。 もう片方の金属板に”-” 
     の電圧を加えます。
     すると、絶縁体の原子が電圧を加えた事により 分極を起こ
     します。
     絶縁体に電圧を加えても絶縁体の原子から 電子が飛びだ
     す事は、ありませんが、電子の軌道が”+”の電圧の方へ少
     し片寄り(偏り)ます。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第18期工学第8章電磁気 (6)電磁気に出て来る単位その1
<

              第8章電磁気
           (6)電磁気に出てくる
              単位その1

今回から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、通常、3回に1回の割合で出題されていますので、勉強
しておきましょう。
良く出題されると言う事は、 重要な事柄であるから出題されると言
う事は、今までにも何度かお話をしています。

日常生活でも皆様は、単位の重要さを体験されていると思います。
例えば、 土地の広さを表すのに 100[m^2](平方メーター)とか
言いますが、 単位が間違っていたり、 単位がなく「あそこの土地の
広さは、100だヨ。」と言ったらおかしいですネ。
ただ、 世の中では、 間違った単位を平気で使っている人が多いの
は、残念な事です。例えば、「100万 [V] の大電流」とかです。

さて、 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。)です。

 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”
 2-1.電界の強さの単位
    電界とは、静電気の力が働く場の事で、場の個々の場所で
    は、静電気の ”力が働く方向” と ”力の大きさ” が有ります
    。
    その大きさと向きは、 +1[C] の電荷を置いてみる事で知る
    事が出来ます。
    電界の大きさ: E は、


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