電気主任技術者第三種の試験勉強をしています。
今日で４週間が経過しました。
●理論（静電力）
コンデンサーのエネルギーについてです。
下図のように、充電されたコンデンサーＣ１があります。
スイッチはＯＦＦです。
Ｃ１の電荷がＱ１だったとします。
Ｃ１に蓄えられた静電エネルギーは、１／２×Ｑ１＾２／Ｃ１ です。
それから、コンデンサーＣ２は充電されてない状態です。
この後スイッチを閉じるとどうなるか？
Ｃ１によりＣ２が充電されます。
このポイントは、スイッチＯＮの後、２つのコンデンサーは直列ではなく、並列だという点です。
一見、直列に見えるんですが並列なんですね。
スイッチＯＮにより、Ｃ１のプラスがＣ２のプラスになり、Ｃ１のマイナスがＣ２のマイナスになります。
だから、並列です。
コンデンサーの総容量はＣ１＋Ｃ２になるんです。
スイッチＯＮの後の電荷ですが、Ｃ１をＱ１’、Ｃ２をＱ２’とします。
電荷は保存されますので、Ｑ１’＋Ｑ２’＝Ｑ１ が成立します。
Ｃ１とＣ２に蓄えられた静電エネルギーは、１／２×Ｑ１＾２／(Ｃ１＋Ｃ２) です。
静電エネルギーが変化しています。
つまり、スイッチＯＮにより、電荷の一部がC1からC2に移動して、静電エネルギーが消費されるわけです。
でも、なんだか不思議ですね。
この点を解説してみたいと思います。
例えば、以下の図をみてください。
最初（左）、物体ｍが有するエネルギーは、位置エネルギーのみです。
つまり、エネルギー＝ mgh2 です。
落下しはじめる（真ん中）、物体ｍが速度を持ちます。位置エネルギーが運動エネルギーに変わったわけです。
つまり、エネルギー＝ mgh1 ＋ 1/2・mv2 です。
エネルギーは保存されるので、mgh2 ＝ mgh1 ＋ 1/2・mv2 です。
ここまでは、悩むところはありません。
しかし、物体ｍが落下し終えると（右）、高さはゼロになり、速度もゼロになります。
位置エネルギーも運動エネルギーもゼロになります。
つまり、エネルギーが消費されたわけです。
この場合、物体ｍと地面が激突した際、熱等に消費されます。
物体ｍは、最初、ｈ１の高さ止まっていますし、最後、地面でも止まっています。
先程のコンデンサーの場合、電荷はC1で留まっていましたが、一部、C2に移動した後は安定しています。
つまり、電荷の場合、移動の際、熱等に消費されるわけですね。
C1とC2の間に抵抗Rがあれば、そのRでエネルギーを消費します。
しかし、Rがないとしてもエネルギーは消費されます。
損失がない世界では、物体ｍはｈ１の高さまで、再び跳ね上がります。落ちて、上昇して、これを永久に繰り返します。
電荷も同じます。損失のない世界であれば、電荷が行ったり来たりを繰り返すのだと思います。
しかし、現実の世界では、損失があります。
つまり、止まっていたものが、動いて、再びどこかで止まるという現象があったら、その時点で、エネルギーが何かに変換されているわけですね。
●進捗
勉強をはじめてから４週目です。
参考書は『みんなが欲しかった電験三種』で、これまでに勉強した科目は以下のとおりです。
①理論 ＝ 直流回路・静電気・電磁力・交流回路・三相交流回路・過渡現象・電子理論・電気測定
②電力 ＝ 水力・火力・原子力・その他発電・変電所・送電・地中電線・電気材料・線路計算・電線たるみ
③機械 ＝ 全く勉強していない
④法規 ＝ 電気事業法・その他関係法規
一応、「理論」が全部終わりました。
頑張ったなぁって思います。
ただ、概ね理解したつもりですが、まったく理解できていない難問もあります。
特に、「三相交流回路」は、難しいです。
まだまだ、時間がかかりそうです。
それから、「電力」についてもだいぶ進みました。
ただ、メインの「電力計算」を後回しにします。
先に「機械」を勉強した方がよさそうだからです。
それから、「配電」は意味がさっぱりわかりません。
これをマスターするより、失点を覚悟して、別のテーマを充実させたほうがよさそうです。
電験は範囲が広いです。
せっかく理解できた問題でも、数日もすれば、解き方を忘れてしまいます。
これは悲しいですが、繰り返し、問題を解くしかないようです。
まだまだ、これからですが、頑張っていきます。
※【電験の勉強】１つ前は こちら
