2009/03/09
電験三種取得講座
☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆ 今週は理論「静電気・磁気」に関する情報です。 ☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆━☆━☆☆ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ☆★☆★☆★ 電験三種を取得しよう！ Vol.009 ☆★☆★☆★ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ こんにちは！ この静電気・磁気ではじめてクーロンの法則がでてきます。 １．実は、このクーロンの法則は、三種では重要な法則です。 Q=CV 電荷：Q(クーロン：単位はCです。)は、静電容量：C(F：ファラド)と 電圧：V（ボルト）の積に等しい、ということです。 ここで注意しなければならないのは、Qの単位はCですが、静電容量のCとは違い ますので、間違えないように。 静電容量は、マイクロファラド（１０−６（１０のマイナス６乗））と、一件小 さい単位のように思えますが、実際にはかなりエネルギーです。 まず、平行板の静電容量について考えてみましょう。 公式はC＝εS/ｄ（F）です。Cは静電容量で、εは誘電率（F/m）、Sは面積で （ｍ２平方メートル）、ｄは並行板の距離（ｍ）です。三種では、この並行板 コンデンサが出題されると思います。 では次に、このコンデンサに蓄えられるエネルギーを求めてみましょう。 W＝CV2(Vの２乗)/2 （J：ジュール）になります。 このエネルギーの公式を自由に変換できるようにしておきましょう。 静電容量と電圧と電荷のそれぞれの関連をイメージできるようにしておくことが 大切です。 ２．クーロンの法則について、もう少し掘り下げて考えてみましょう。 Qという電荷から、1/ε本の電気力線が出ます。（ここ、重要です） また、電束密度D（C/m2）=εE（電界：V/m）が成立します。 電界中の電荷は、E＝Q/４πεｒ２（４πｒの２乗）→εがQと並ぶことはあり ません。過去にこの公式を選択して解答する問題が出題されました。 E= Qε/４πｒ２なんて公式はありません。公式を知ることも大切ですが、 電気理論を知っておくと、このような間違いも少なくなるはずです。 二つの電荷に働く力F（静電容量）は、 F＝Q１E＝Q1Q/４πεｒ２（４πｒの２乗）になります。これが、クーロンの法則 です。 ２．次に磁気に関するクーロンの法則です。 電界と磁界の大きな違いは、電界は、導体の外部に作用し、磁界は導体内部に作用 する点です。 それでは、磁気に関するクーロンの法則について考えてみましょう。 公式は、Ｆ＝Ｍ１Ｍ２/４Πμｒ２（ｒの２乗です） Ｆ（Ｎ：ニュートン） Ｍ（ｗｂ：ウェーバ） μ（ミュー）は透磁率 ４Π×１０−７ （１０のマイナス７乗）で単位は、Ｈ/m （ヘンリーパーメートルと読みます） です。 ３．電流と磁界に関する公式集 電界と磁界は、電験三種を学習するうえでは、非常に重要な部分です。こと細 かに説明していては、このメルマガではは十分に伝えることができません。 読者の皆さんがお持ちのテキスト等で十分に確認し、学習を進めるようにしてく ださい。ここでは、重要公式等について説明したいと思います。 ＜１＞ 右ねじの法則・・・電流が流れると磁界が発生する。電流が流れるとき、 その方向をねじの進む向きにとると、右ねじを回す方向に磁界ができる。これを 右ねじの法則といいます。 ＜２＞ これは出題可能性の高い公式です。 （１）直線電流による磁界 Ｈ＝Ｉ/２Πｒ Ｈは磁界の強さで、単位はA/m （２）円形電流による磁界 Ｈ＝Ｉ/２Π いずれも、公式だけを覚えておいても、大丈夫です。 ＜３＞ フレミング左手の法則 あの一度は誰しもがやった、あの左手です。親指は電磁力、人差し指は磁界の方向、 中指は電流の方向です。 よく、電磁力の働く方向や、電流の向き（流れる方向）について出題されますので、 覚えておいてください。 ＜４＞ 平行電線間に働く力 （１） 電流を同一方向に流すと吸引力が働く （２） 電流が反対方向では、反発力 ＜５＞ 電磁力 （１） ビオ・サバールの法則・・・公式に一度目を通しておいてください。 （２） ローレンツ力 Ｆ＝BIL ｓｉｎθ この公式にダイレクトに数値を当て はめるだけで解ける問題が 度々出題されています。 （３）回転力 F´＝INBAｃｏｓθ Aは面積、Nは、コイルの巻数です。数値を あてはめるだけで良い場合があります。 ＜６＞ 電磁誘導 （１） ファラデーの電磁誘導の法則 ｅ＝−Ｎ・Δφ/Δｔ なんだか、わけのわからない公式が出てきました。 起電力は、コイルの巻数と、時間の変化に対する磁束の変化に比例するというものです。 このマイナスは、磁束を妨げる方向に動く、つまり逆向きの誘導起電力が発生すると いうことです。数字の大きい、小さいではないので、計算するうえでは、考慮しなく てもかまいません。 ここで、ちょっと微分の話をします。 Δφ（デルタファイ）とｄφ（ディーφ）は、どちらが大きく、そして小さいので しょうか。 前者の方がはるかに大きいです。 電験も、さらに高度化した学習に進むと、この ファラデーの法則 の公式も ｅ＝-N・dφ/dt （ディーファイディーティと読む）として学習します。 （２） 自己インダクタンス Nφ＝LI （３） フレミング右手の法則 今度は、右手でやってみましょう。親指は、運動の方向、人差し指は磁界の方向、 中指は起電力の方向です。発電機はフレミングの右手の法則を応用したものです。 フレミング左手の法則はモーターに応用したものです。つまり、右手はちからが必要 ない発電機、左手は力のいる電動機（モーター）と覚えると混乱しなくて良いかもし れません。 （４） 導体に発生する起電力 ｅ＝ｖＢｌ ＜７＞ 磁気回路 （１） 磁気抵抗Ｒｍ＝ｌ/μＳ（単位はＨ−１：ヘンリーのマイナス１乗）表記は テキストで確認してください。 （２） 電磁エネルギー Ｗ＝LI2/2 （Iは二乗です。間違えないように！） （３） ヒステリシスループ ヒステリシスループを理解するうえで大切なのは、 磁束密度と磁界の強さの関係、そして、残留磁気と保持力の関係です。これらの関係 のほかに、磁性体のヒステリシス損についても理解しておかなければなりません。 ヒステリシス曲線を必ず理解しておくようにしてください。 モーターを設計する際には、重要な部分です。 多くの公式を、つらつらと記載してきましたが、必ず、図や等価回路などを描き、目 と耳と口を使って学習していくことが、記憶に残るはずです。 今回の公式は、必ずといっていいほど、出題される可能性が高いと思われます。 公式をいろんな形に展開して、学習すると応用力も身につきますし、次へのステップ にもなります。 電気を学ぶ上でも最も大切な、電磁気学。多くの受験者も理解に苦しむところです。 がんばって学習していきましょう。 次回は、、電力（火力発電）です。 こちらも見てください！URL http://ameblo.jp/pe-japan/ 電験三種 徹底解説テキスト 理論〈平成21年度試験版〉 (電験三種徹底解説テキスト) 価格：￥ 2,520(定価：￥ 2,520) http://www.amazon.co.jp/dp/4407314389/ref=nosim/?tag=denkensansyu-22 完全マスター電験三種受験テキスト 理論 (LICENSE BOOKS)幅 敏明 価格：￥ 2,835(定価：￥ 2,835) http://www.amazon.co.jp/dp/4274205150/ref=nosim/?tag=denkensansyu-22
