Presentation is loading. Please wait.

Presentation is loading. Please wait.

電気回路第1 第3回 ーホィートストンブリッジー 電気回路第1スライド3-1 目次 2前回の復習 3枝路電流法と網目電流法

Similar presentations


Presentation on theme: "電気回路第1 第3回 ーホィートストンブリッジー 電気回路第1スライド3-1 目次 2前回の復習 3枝路電流法と網目電流法"— Presentation transcript:

1 電気回路第1 第3回 ーホィートストンブリッジー 電気回路第1スライド3-1 目次 2前回の復習 3枝路電流法と網目電流法
電気回路第1 第3回 ーホィートストンブリッジー 目次 2前回の復習 3枝路電流法と網目電流法 4網目電流法が便利 5ホィートストンブリッジ 6枝路電流法で解析 7網目電流法で解析 8方程式を解いて 9ブリッジの平衡条件 10直流電力 11今日のまとめ 付録 シラバス(再掲)

2 前回はキルヒホッフの法則2つを学習しました。
1つ前のスライド 枝路電流法と網目電流法 接点から接点までの電流を 考える方法 接点を通過する電流を考え、 電流連続の法則を満たし、 電流の数が少なく有利 i2 i1 i3 枝路電流法 網目電流法 次のスライド 電気回路第1 第3回 ーホィートストンブリッジー 前回の復習 電気回路第1スライド3-2-1 電流の法則 前回はキルヒホッフの法則2つを学習しました。 I1 I2 I3 I4 I5 流入電流の和 流出電流の和 ①キルヒホッフ電流の法則、流入電流の和が流出の和。 ②ループでこの起電力や抵抗の電圧変化はゼロ。 ?マークをクリックすると、 より詳細な説明をします。 ここでは、再構成した前 回のまとめを示します。 !マークはわかっていて 暇なときなど、もっと発展 的な内容を説明します。 ここでは、前回の演習問 題の解答を示します。

3 ? ! 前回の復習 電気回路第1 第3回 流入電流の和 = 流出電流の和 電流の法則 I1 + I2 I3 I4 I5 電圧の法則 は
1つ前のスライド 枝路電流法と網目電流法 接点から接点までの電流を 考える方法 接点を通過する電流を考え、 電流連続の法則を満たし、 電流の数が少なく有利 i2 i1 i3 枝路電流法 網目電流法 次のスライド 電気回路第1 第3回 ーホィートストンブリッジー 前回の復習 電気回路第1スライド3-2-2 流入電流の和 流出電流の和 電流の法則 I1 I2 I3 I4 I5 電圧の法則 -E3 -I3R3 ループを 回って =0 電圧の変化はゼロ ①キルヒホッフ電流の法則、流入電流の和が流出の和。 ②ループでこの起電力や抵抗の電圧変化はゼロ。 ?マークをクリックすると、 より詳細な説明をします。 ここでは、再構成した前 回のまとめを示します。 !マークはわかっていて 暇なときなど、もっと発展 的な内容を説明します。 ここでは、前回の演習問 題の解答を示します。

4 ? 枝路電流法と網目電流法 前回の復習 今度は実際の回路を解析するため、 どのように電流を設定するか考えます。 とりあえず、イントロは前回の
流入電流の和 流出電流の和 電流の法則 ループを 回って 電圧の変化はゼロ 電圧の法則 I1 I2 I3 I4 I5 -E3 -I3R3 =0 前回の復習  8本の電流   と方程式  岐路電流法  各網目に 電流を 設定します。 4本の電流 でよく、連続 の方程式も 満たします。  網目電流法  網目電流法が便利 枝路電流法と網目電流法 電気回路第1スライド3-3-1 この道を通過する車の進路を 今度は実際の回路を解析するため、 どのように電流を設定するか考えます。 このように考えると 入った車 の合計と 出た車 の合計が 等しくなります。 とりあえず、イントロは前回の 道路の絵を用います。 ①電流の設定方法。交差点に向かうルートを考える。 ②左右に曲がる黄色い道と上向きの道も考えられる。 ③左から右に行く車も表現でき、電流連続も満たす。 ④各接点から接点までの道より便利。 なぜこの3つの電流で よいのか?

5 ? i2 i3 i1 枝路電流法と網目電流法 前回の復習 この道を通過する車の進路を このように考えると 入った車 の合計と 出た車
流入電流の和 流出電流の和 電流の法則 ループを 回って 電圧の変化はゼロ 電圧の法則 I1 I2 I3 I4 I5 -E3 -I3R3 =0 前回の復習  8本の電流   と方程式  岐路電流法  各網目に 電流を 設定します。 4本の電流 でよく、連続 の方程式も 満たします。  網目電流法  網目電流法が便利 枝路電流法と網目電流法 電気回路第1スライド3-3-2 i2 この道を通過する車の進路を このように考えると 入った車 i1 の合計と 出た車 の合計が i3 等しくなります。 一方、 真っ直ぐな道の他に 曲がっていく道もありますが、 それらを含めて、 交差点を 通過する3本の道を考えよう。 ①電流の設定方法。交差点に向かうルートを考える。 ②左右に曲がる黄色い道と上向きの道も考えられる。 ③左から右に行く車も表現でき、電流連続も満たす。 ④各接点から接点までの道より便利。 なぜこの3つの電流で よいのか?

6 ? i2 i3 i1 枝路電流法と網目電流法 前回の復習 この道を通過する車の進路を このように考えると 入った車 の合計と 出た車
流入電流の和 流出電流の和 電流の法則 ループを 回って 電圧の変化はゼロ 電圧の法則 I1 I2 I3 I4 I5 -E3 -I3R3 =0 前回の復習  8本の電流   と方程式  岐路電流法  各網目に 電流を 設定します。 4本の電流 でよく、連続 の方程式も 満たします。  網目電流法  網目電流法が便利 枝路電流法と網目電流法 電気回路第1スライド3-3-3 i2 この道を通過する車の進路を このように考えると 入った車 i1 の合計と 出た車 の合計が i3 等しくなります。 黄色のルートの組み合わせで 車の動きが記述できる。 一方、 そうすると 真っ直ぐな道の他に 曲がっていく道もありますが、 それらを含めて、 交差点を 通過する3本の道を考えよう。 自動的に交差点(接点)を通過 するので電流連続を満たす。 左から右へ1台通過した場合 i1=-1、i3=+1と表せる。 ①電流の設定方法。交差点に向かうルートを考える。 ②左右に曲がる黄色い道と上向きの道も考えられる。 ③左から右に行く車も表現でき、電流連続も満たす。 ④各接点から接点までの道より便利。 なぜこの3つの電流で よいのか?

7 ? i2 i3 i1 枝路電流法と網目電流法 前回の復習 こちらが、 枝路電流法 と言って、 接点から接点までの電流を 考える方法 です。
流入電流の和 流出電流の和 電流の法則 ループを 回って 電圧の変化はゼロ 電圧の法則 I1 I2 I3 I4 I5 -E3 -I3R3 =0 前回の復習  8本の電流   と方程式  岐路電流法  各網目に 電流を 設定します。 4本の電流 でよく、連続 の方程式も 満たします。  網目電流法  網目電流法が便利 枝路電流法と網目電流法 電気回路第1スライド3-3-4 i2 こちらが、 枝路電流法 と言って、 接点から接点までの電流を 考える方法 i1 i3 です。 一方、 網目電流法 では、 接点を通過する電流を考え、 電流連続の法則を満たし、 電流の数が少なく有利 です。 ①電流の設定方法。交差点に向かうルートを考える。 ②左右に曲がる黄色い道と上向きの道も考えられる。 ③左から右に行く車も表現でき、電流連続も満たす。 ④各接点から接点までの道より便利。 なぜこの3つの電流で よいのか?

8 ? 網目電流法が便利 枝路電流法 では、ちょっとした回路を考えて、網目電流を 設定するメリットを述べます。 次の回路を考えます。 8本の電流
枝路電流法と網目電流法 接点から接点までの電流を 考える方法 接点を通過する電流を考え、 電流連続の法則を満たし、 電流の数が少なく有利 i2 i1 i3 枝路電流法 網目電流法 R1 R2 R3 R4 R5 E ホィートストンブリッジ つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。 このように抵抗を5つ接続した回路です。 抵抗の直列接続 でも 並列接続 でもありません。 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、 そこで、枝路電流と網目電流を設定してみましょう。 網目電流法が便利 電気回路第1スライド3-4-1  枝路電流法   8本の電流   と方程式 では、ちょっとした回路を考えて、網目電流を 設定するメリットを述べます。 次の回路を考えます。 この回路の各枝(接点から接点まで)に電流を 設定しましょう。 枝路電流法では8本の電流が必要になります。 のように、 ここでは、計算しませんが、 各接点で 電流連続の方程式を立てる必要があります。 ①網目電流法のメリット。枝路電流は8個。 ②網目電流法は、網目ごとに1個4本の電流だけ。 網目電流を設定すると どうして式が減少する のか?

9 ? 網目電流法が便利 枝路電流法 一方、 網目電流法 では 8本の電流 と方程式 この回路で、 各網目に 電流を 設定します。 4本の電流
枝路電流法と網目電流法 接点から接点までの電流を 考える方法 接点を通過する電流を考え、 電流連続の法則を満たし、 電流の数が少なく有利 i2 i1 i3 枝路電流法 網目電流法 R1 R2 R3 R4 R5 E ホィートストンブリッジ つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。 このように抵抗を5つ接続した回路です。 抵抗の直列接続 でも 並列接続 でもありません。 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、 そこで、枝路電流と網目電流を設定してみましょう。 網目電流法が便利 電気回路第1スライド3-4-2  枝路電流法  一方、  網目電流法  では  8本の電流   と方程式 この回路で、 各網目に 電流を 設定します。 4本の電流 でよく、連続 の方程式も 満たします。 ①網目電流法のメリット。枝路電流は8個。 ②網目電流法は、網目ごとに1個4本の電流だけ。 網目電流を設定すると どうして式が減少する のか?

10 ? ! ホィートストンブリッジ R1 R3 R5 R2 R4 E つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。
 8本の電流   と方程式  岐路電流法  各網目に 電流を 設定します。 4本の電流 でよく、連続 の方程式も 満たします。  網目電流法  網目電流法が便利 E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 ホィートストンブリッジ 電気回路第1スライド3-5-1 R1 R2 R3 R4 R5 E つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。 このように抵抗を5つ接続した回路です。 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、 抵抗の直列接続 でも 並列接続 でもありません。 ①ホィートストンブリッジを。直列でも、並列でもない。 ②枝路電流法や網目電流法で解析を試みましょう。 R5 がなければ当たり前 の並列接続です。 全く余談ですが、最も簡単 な例として抵抗5個のこの 回路を選んだ理由です。

11 ? ! ホィートストンブリッジ R1 R3 R5 R2 R4 E 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、
 8本の電流   と方程式  岐路電流法  各網目に 電流を 設定します。 4本の電流 でよく、連続 の方程式も 満たします。  網目電流法  網目電流法が便利 E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 ホィートストンブリッジ 電気回路第1スライド3-5-2 R1 R2 R3 R4 R5 E 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、 つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。 このように抵抗を5つ接続した回路です。 抵抗の直列接続 でも 並列接続 でもありません。 そこで、枝路電流と網目電流を設定してみましょう。 ①ホィートストンブリッジを。直列でも、並列でもない。 ②枝路電流法や網目電流法で解析を試みましょう。 R5 がなければ当たり前 の並列接続です。 全く余談ですが、最も簡単 な例として抵抗5個のこの 回路を選んだ理由です。

12 ? } 枝路電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E I0 I1 I3 I1 、 I2 、 I3 、 I4 、 I5 I2 I4 I5
ホィートストンブリッジ つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。 このように抵抗を5つ接続した回路です。 抵抗の直列接続 でも 並列接続 でもありません。 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、 そこで、枝路電流と網目電流を設定してみましょう。 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1のループ: (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 i2のループ: (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0 i3のループ: -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E 枝路電流法で解析 電気回路第1スライド3-6-1 枝路電流法では、 R1 R2 R3 R4 R5 E 電圧源のところの I0 のほかに 6つの枝路電流 があります。 } I1 I3 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 I2 I4 I5 I0 ①枝路電流法で、電圧源にI0からR5まで6本の電流 ②電流連続の法則から、左隅の点でI0=I1+I2。 ③上の点、下の点でも同様の式。 ④電圧平衡の式を加えます。 ⑤合計6本の式で解けるはず。 一応まとめておきます。

13 ? } 枝路電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E I1 I2 I3 I4 I5 I0 I1 I3 、 、 、 、 I2 I4 I5
ホィートストンブリッジ つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。 このように抵抗を5つ接続した回路です。 抵抗の直列接続 でも 並列接続 でもありません。 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、 そこで、枝路電流と網目電流を設定してみましょう。 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1のループ: (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 i2のループ: (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0 i3のループ: -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E 枝路電流法で解析 電気回路第1スライド3-6-2 R1 R2 R3 R4 R5 E 電圧源のところの のほかに 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 I0 6つの枝路電流 があります。 } I1 I3 I2 電流連続の法則から    これらの関係式ですが、 この点に 入る電流 I4 I5 I0 I1 I2 出る電流 の合計 と等しい。 I0 ①枝路電流法で、電圧源にI0からR5まで6本の電流 ②電流連続の法則から、左隅の点でI0=I1+I2。 ③上の点、下の点でも同様の式。 ④電圧平衡の式を加えます。 ⑤合計6本の式で解けるはず。 一応まとめておきます。

14 ? } 枝路電流法で解析 I1 I2 I3 I4 I5 R1 R2 R3 R4 R5 E I0 I1 I3 、 、 、 、 I2 I4 I5
ホィートストンブリッジ つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。 このように抵抗を5つ接続した回路です。 抵抗の直列接続 でも 並列接続 でもありません。 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、 そこで、枝路電流と網目電流を設定してみましょう。 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1のループ: (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 i2のループ: (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0 i3のループ: -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E 枝路電流法で解析 電気回路第1スライド3-6-3 電圧源のところの のほかに 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 R1 R2 R3 R4 R5 E I0 6つの枝路電流 があります。 } I1 I3 I2 これらの関係式ですが、 電流連続の法則から    この点に 入る電流 I4 I5 I0 I1 I2 となりますし、この接点     同様に、            出る電流 この接点について の合計 と等しい。 I1 I3 I5 でも、 I0 となります。 I2 I5 I4 ①枝路電流法で、電圧源にI0からR5まで6本の電流 ②電流連続の法則から、左隅の点でI0=I1+I2。 ③上の点、下の点でも同様の式。 ④電圧平衡の式を加えます。 ⑤合計6本の式で解けるはず。 一応まとめておきます。

15 ? } 枝路電流法で解析 I1 I2 I3 I4 I5 R1 R2 R3 R4 R5 E I0 I1 I3 、 、 、 、 I2 I4 I5
ホィートストンブリッジ つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。 このように抵抗を5つ接続した回路です。 抵抗の直列接続 でも 並列接続 でもありません。 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、 そこで、枝路電流と網目電流を設定してみましょう。 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1のループ: (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 i2のループ: (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0 i3のループ: -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E 枝路電流法で解析 電気回路第1スライド3-6-4 電圧源のところの のほかに 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 R1 R2 R3 R4 R5 E I0 6つの枝路電流 があります。 } I1 I3 左上のループで 左上のループで I2 電流連続の法則 電流連続の法則から    これらの関係式ですが、 一方、 この点に 電圧平衡の法則 入る電流 から、 I4 I5 I0 I1 I2 となりますし、この接点     同様に、            出る電流 I2 R1での電圧降下 -I1R1 (符号に注意) -I5R5         この接点について +        の合計 R5の電圧降下 と等しい。 R2 =0 I1 I3 I5 -I1R1             (電流は-I2)の電圧降下 次に少し大きめのループ -I3R3 +I4R4 +I2R2 でも、 =0 I0 となります。 I2 I5 I4 E              さらに下のループでは、 -I2R2 -I4R4 =0 ①枝路電流法で、電圧源にI0からR5まで6本の電流 ②電流連続の法則から、左隅の点でI0=I1+I2。 ③上の点、下の点でも同様の式。 ④電圧平衡の式を加えます。 ⑤合計6本の式で解けるはず。 一応まとめておきます。

16 ? } 枝路電流法で解析 、 I0 I1 I2 I3 I4 I5 R1 R2 R3 R4 R5 E I1 I3 I2 I4 I5 I1 I0
ホィートストンブリッジ つぎに、例として、ホィートストンブリッジ と呼ばれる回路を解析します。 このように抵抗を5つ接続した回路です。 抵抗の直列接続 でも 並列接続 でもありません。 一見すると簡単な抵抗の接続のようにみえますが、 そこで、枝路電流と網目電流を設定してみましょう。 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1のループ: (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 i2のループ: (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0 i3のループ: -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E 枝路電流法で解析 電気回路第1スライド3-6-5 I0 電圧源のところの のほかに 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 R1 R2 R3 R4 R5 E 6つの枝路電流 があります。 } I1 I3 に対して I2 電流連続の法則 これらの関係式ですが、 電流連続の法則から    この点に 電圧平衡の法則 入る電流 I4 I5 I1 I0 I3 I2 I5 I4 -I5R5         R2 -I1R1 =0 -I1R1             E              -I2R2 -I4R4 -I3R3 +I4R4 +I2R2 I2 6つの 方程式 I0 ①枝路電流法で、電圧源にI0からR5まで6本の電流 ②電流連続の法則から、左隅の点でI0=I1+I2。 ③上の点、下の点でも同様の式。 ④電圧平衡の式を加えます。 ⑤合計6本の式で解けるはず。 一応まとめておきます。

17 ! ! 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i1 i2 i2 i3 i3 網目電流を、 先ほど電圧平衡の式を立てる際に
E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 R1 R2 R3 R4 R5 E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 網目電流法で解析 電気回路第1スライド3-7-1 網目電流を、          先ほど電圧平衡の式を立てる際に 使ったループに設定しましょう。 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 すなわち、 左上の小さいループ i1 i2 少し大きめのループ i2 下のループ i3 とします。 i3 ①網目電流を先ほどの電圧平衡のループi1,i2,i3。 ②電流連続の法則を満たし、左接点で入っただけ出る。③他の点でも同様。 ④i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けば良い。 ⑤R1を流れる電流、⑥R5を流れる電流、 ⑦R2を流れる電流を考え、⑧i1のループの電圧平衡。 ⑨i2,i3も考え、3本の連立方程式がえられる。 網目電流の設定方法に ついて。 テブナンの定理を用いた 別解について

18 ! ! 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i1 i2 i2 i3 i1~i3は電流連続の法則を満たします。 i3
E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 R1 R2 R3 R4 R5 E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 網目電流法で解析 電気回路第1スライド3-7-2 網目電流を、          先ほど電圧平衡の式を立てる際に 使ったループに設定しましょう。 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i1 左上の小さいループ i2 少し大きめのループ i2 下のループ i3 とします。 i1~i3は電流連続の法則を満たします。 i3 左の接点 例えば、 では、 i1は 流入し、 そのまま流出します。 i2も 流入し、 i3も            同様で、 流入しただけ 流出します。 流出します。 ①網目電流を先ほどの電圧平衡のループi1,i2,i3。 ②電流連続の法則を満たし、左接点で入っただけ出る。③他の点でも同様。 ④i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けば良い。 ⑤R1を流れる電流、⑥R5を流れる電流、 ⑦R2を流れる電流を考え、⑧i1のループの電圧平衡。 ⑨i2,i3も考え、3本の連立方程式がえられる。 網目電流の設定方法に ついて。 テブナンの定理を用いた 別解について

19 ! ! 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i2も i3も i1 i2 i1~i3は電流連続の法則を満たします。 i1は
E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 R1 R2 R3 R4 R5 E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 網目電流法で解析 電気回路第1スライド3-7-3 網目電流を、          先ほど電圧平衡の式を立てる際に 使ったループに設定しましょう。 R1 R2 R3 R4 R5 E i2も i3も            左上の小さいループ i1 少し大きめのループ i2 下のループ とします。 i1~i3は電流連続の法則を満たします。 では、 i1は 流入し、 そのまま流出します。 i1 i2 i3 i3 左の接点 あるいは、 他の接点も   同様です。 ①網目電流を先ほどの電圧平衡のループi1,i2,i3。 ②電流連続の法則を満たし、左接点で入っただけ出る。③他の点でも同様。 ④i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けば良い。 ⑤R1を流れる電流、⑥R5を流れる電流、 ⑦R2を流れる電流を考え、⑧i1のループの電圧平衡。 ⑨i2,i3も考え、3本の連立方程式がえられる。 網目電流の設定方法に ついて。 テブナンの定理を用いた 別解について

20 i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けばよい。
E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 R1 R2 R3 R4 R5 E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 網目電流法で解析 電気回路第1スライド3-7-4 網目電流を、          先ほど電圧平衡の式を立てる際に 使ったループに設定しましょう。 R1 R2 R3 R4 R5 E i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けばよい。 i1 i1 したがって、 i2 まず、i1のループ で考えよう。 i3 ①網目電流を先ほどの電圧平衡のループi1,i2,i3。 ②電流連続の法則を満たし、左接点で入っただけ出る。③他の点でも同様。 ④i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けば良い。 ⑤R1を流れる電流、⑥R5を流れる電流、 ⑦R2を流れる電流を考え、⑧i1のループの電圧平衡。 ⑨i2,i3も考え、3本の連立方程式がえられる。 網目電流の設定方法に ついて。 テブナンの定理を用いた 別解について

21 ! ! 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i2 i3 R1 i2 i2 i1 i1 i3 i3 R1
E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 R1 R2 R3 R4 R5 E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 網目電流法で解析 電気回路第1スライド3-7-5 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i2 i3 R1 R1 に流れる電流は、 i1のループ i1+i2 と表せる。    i2のループ i2 i2 は関与しますが、 電圧降下は、 i3のループ (i1+i2)R1 となる。    は関与しない。 i1 i1 i3 i3 ①網目電流を先ほどの電圧平衡のループi1,i2,i3。 ②電流連続の法則を満たし、左接点で入っただけ出る。③他の点でも同様。 ④i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けば良い。 ⑤R1を流れる電流、⑥R5を流れる電流、 ⑦R2を流れる電流を考え、⑧i1のループの電圧平衡。 ⑨i2,i3も考え、3本の連立方程式がえられる。 網目電流の設定方法に ついて。 テブナンの定理を用いた 別解について

22 ! ! 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i2 i3 R5 i1 i1 R1 に流れる電流は、 i1+i2
E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 R1 R2 R3 R4 R5 E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 網目電流法で解析 電気回路第1スライド3-7-6 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i2 i3 R5 R1 に流れる電流は、 i1+i2 と表せる。    電圧降下は、 (i1+i2)R1 となる。    i1 i1 R5 に流れる電流は、 次に、 i1 のみで、 電圧降下は、  i1R5 ①網目電流を先ほどの電圧平衡のループi1,i2,i3。 ②電流連続の法則を満たし、左接点で入っただけ出る。③他の点でも同様。 ④i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けば良い。 ⑤R1を流れる電流、⑥R5を流れる電流、 ⑦R2を流れる電流を考え、⑧i1のループの電圧平衡。 ⑨i2,i3も考え、3本の連立方程式がえられる。 網目電流の設定方法に ついて。 テブナンの定理を用いた 別解について

23 ! ! 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i2 i3 i2 i1 i3 R1 に流れる電流は、 i1+i2
E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 R1 R2 R3 R4 R5 E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 網目電流法で解析 電気回路第1スライド3-7-7 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i2 i3 R1 に流れる電流は、 i1+i2 と表せる。    電圧降下は、 (i1+i2)R1 となる。    i2 i1 R5 に流れる電流は、 i1 のみで、 電圧降下は、  i1R5 i3 R2 に流れる電流は、 次に、 i1、 + i2、 i3 の全部だが、 となり、    i3のみ 電流の向きが 逆になるので、 電圧降下は、  (i1+i2-i3)R2 ①網目電流を先ほどの電圧平衡のループi1,i2,i3。 ②電流連続の法則を満たし、左接点で入っただけ出る。③他の点でも同様。 ④i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けば良い。 ⑤R1を流れる電流、⑥R5を流れる電流、 ⑦R2を流れる電流を考え、⑧i1のループの電圧平衡。 ⑨i2,i3も考え、3本の連立方程式がえられる。 網目電流の設定方法に ついて。 テブナンの定理を用いた 別解について

24 ! ! 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i2 i3 R1 R5 i1 i1 R1の電圧降下は、(i1+i2)R1
E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 R1 R2 R3 R4 R5 E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 網目電流法で解析 電気回路第1スライド3-7-8 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i2 i3 R1 R5 R1の電圧降下は、(i1+i2)R1 R5の電圧降下は、i1R5 R2の電圧降下は、(i1+i2-i3)R2 i1 i1 これらを合計して、 i1 のループでの電圧降下は、 (i1+i2)R1 + i1R5 + (i1+i2-i3)R2 = 0 です。 より、 (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 が平衡しますから、 i1、i2、i3で整理して、 ①網目電流を先ほどの電圧平衡のループi1,i2,i3。 ②電流連続の法則を満たし、左接点で入っただけ出る。③他の点でも同様。 ④i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けば良い。 ⑤R1を流れる電流、⑥R5を流れる電流、 ⑦R2を流れる電流を考え、⑧i1のループの電圧平衡。 ⑨i2,i3も考え、3本の連立方程式がえられる。 網目電流の設定方法に ついて。 テブナンの定理を用いた 別解について

25 (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0
E-I2R2-I4R4=0   -I1R1-I3R3+I4R4+I2R2=0 -I1R1-I5R5+ I2R2=0 R1 R2 R3 R4 R5 E 枝路電流法で解析 I0 電圧源のところの 各抵抗 に流れる、 I1 I2 I3 I4 I5 6つの岐路電流 電流連続の法則 電圧平衡の法則 I1、I2、I3、I4、I5 に対して 6つの 方程式 R1 R2 R3 R4 R5 E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 網目電流法で解析 電気回路第1スライド3-7-9 R1 R2 R3 R4 R5 E i1 i2 i3 i1のループ: R1の電圧降下は、(i1+i2)R1 R5の電圧降下は、i1R5 R2の電圧降下は、(i1+i2-i3)R2 (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 i2のループ:     同様に、 (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0 i1 これらを合計して、 のループでの電圧降下は、 (i1+i2)R1 + i1R5 (i1+i2-i3)R2 = 0 (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 より、 (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0   i1のループで i3のループ:                        i3のループでは、 となるが、 電圧源 があるため、 電圧降下 -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3 が、電源電圧。 =E      ①網目電流を先ほどの電圧平衡のループi1,i2,i3。 ②電流連続の法則を満たし、左接点で入っただけ出る。③他の点でも同様。 ④i1~i3のループで、電圧平衡の式を解けば良い。 ⑤R1を流れる電流、⑥R5を流れる電流、 ⑦R2を流れる電流を考え、⑧i1のループの電圧平衡。 ⑨i2,i3も考え、3本の連立方程式がえられる。 網目電流の設定方法に ついて。 テブナンの定理を用いた 別解について

26 このブリッジにおいて、検流形の電流iGは
ブリッジの平衡条件 R1 R2 R3 R4 E このブリッジにおいて、検流形の電流iGは iG R3= R1R4 となり、平衡条件より となって、R1、R2、R4の値がわかっていれば、 未知の抵抗R3の値を求めることができます。 iG= (R2R3-R1R4) Δ 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1のループ: (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 i2のループ: (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0 i3のループ: -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E 方程式を解いて 電気回路第1スライド3-8-1 (R1+R2+R5)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 (R1+R2)i1+(R1+R2+R3+R4)i2-(R2+R4)i3=0 -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E R1 R2 R3 R4 R5 E 前述のとおり、この回路は、 で解析できますが、 実は R5 を流れる電流 i1を 求めたい回路です。 ①この回路は3本の方程式で解析。i1を求める。 ②方程式を行列に書き換えます。 ③分子を計算しE×(R2R3-R1R4)。 行列を使った方程式の 解の公式について。 (結果のみです。) なぜ、このような電流の 設定を用いたか?

27 このブリッジにおいて、検流形の電流iGは
ブリッジの平衡条件 R1 R2 R3 R4 E このブリッジにおいて、検流形の電流iGは iG R3= R1R4 となり、平衡条件より となって、R1、R2、R4の値がわかっていれば、 未知の抵抗R3の値を求めることができます。 iG= (R2R3-R1R4) Δ 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1のループ: (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 i2のループ: (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0 i3のループ: -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E 方程式を解いて 電気回路第1スライド3-8-2 (R1+R2+R5)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 (R1+R2)i1+(R1+R2+R3+R4)i2-(R2+R4)i3=0 -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E R1 R2 R3 R4 R5 E 前述のとおり、この回路は、 R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 E E E E ここに ここに E これを分母に これを分母に これを これを i1= i1を求めますが、                      で解析できますが、 方程式を行列で書くと、 実は R5 を流れる電流 E i1を R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 求めたい回路です。 i1 i2 i3 E となります。 i1を求めるには、当然、行列式を使って、 ①この回路は3本の方程式で解析。i1を求める。 ②方程式を行列に書き換えます。 ③分子を計算しE×(R2R3-R1R4)。 行列を使った方程式の 解の公式について。 (結果のみです。) なぜ、このような電流の 設定を用いたか?

28 このブリッジにおいて、検流形の電流iGは
ブリッジの平衡条件 R1 R2 R3 R4 E このブリッジにおいて、検流形の電流iGは iG R3= R1R4 となり、平衡条件より となって、R1、R2、R4の値がわかっていれば、 未知の抵抗R3の値を求めることができます。 iG= (R2R3-R1R4) Δ 網目電流法で解析 R1 R2 R3 R4 R5 E i1のループ: (R1+R5+R2)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 i2のループ: (R1+R2)i1+(R1+R2+R4+R3)i2-(R4+R2)i3=0 i3のループ: -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E 方程式を解いて 電気回路第1スライド3-8-3 (R1+R2+R5)i1+(R1+R2)i2-R2i3=0 (R1+R2)i1+(R1+R2+R3+R4)i2-(R2+R4)i3=0 -R2i1-(R2+R4)i2+(R2+R4)i3=E R1 R2 R3 R4 R5 E ただし 前述のとおり、この回路は、 E R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 ここの 余因子 ここの 余因子 ですが、 E { (R1+R2) (R2R3-R1R4) (-R2-R4) } 分子は、 E (-R2) (R1+R2+R3+R4) (R2R3-R1R4) i1= Δ i1を求めますが、                      で解析できますが、 方程式を行列で書くと、 実は R5 を流れる電流 i1を R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 求めたい回路です。 i1 i2 i3 E Δ= として となります。 i1を求めるには、当然、行列式を使って、 ①この回路は3本の方程式で解析。i1を求める。 ②方程式を行列に書き換えます。 ③分子を計算しE×(R2R3-R1R4)。 行列を使った方程式の 解の公式について。 (結果のみです。) なぜ、このような電流の 設定を用いたか?

29 ! ブリッジの平衡条件 i1= E i1=0 R2R3-R1R4=0 R5に依存しません。 R5は出てきません。
方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 直流電力 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 この回路で、抵抗Rには、電圧Eが加わって、 の電流が流れています。この回路で消費される電力は、 電圧と電流を単純に掛け合わせたものなので、 E R I= P=EI= E2 =I2R となります。 ブリッジの平衡条件 電気回路第1スライド3-9-1 先ほどのブリッジにおいて、電流i1は i1= (R2R3-R1R4) E Δ となりました。 ここで、 i1=0 とすると、 R2R3-R1R4=0 となって、 面白いことに R5に依存しません。 R5は出てきません。 ①I1=0となるのはR2R3-R1R4=0のとき。 ②検流形を入れます。 ③iGに書き換え、検流形の大きい内部抵抗もOK。 ④R3は残り3つの抵抗値で表される。 ブリッジを用いた抵抗 (ひいては多くの素子) の測定のメリット。

30 真中の抵抗R5の代わりに検流形を入れました。
E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 直流電力 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 この回路で、抵抗Rには、電圧Eが加わって、 の電流が流れています。この回路で消費される電力は、 電圧と電流を単純に掛け合わせたものなので、 E R I= P=EI= E2 =I2R となります。 ブリッジの平衡条件 電気回路第1スライド3-9-2 先ほどのブリッジにおいて、電流i1は R1 R2 R3 R4 E i1= (R2R3-R1R4) E Δ となりました。 ここで、 i1=0 とすると、 R2R3-R1R4=0 となって、 面白いことに R5に依存しません。 R5は出てきません。 真中の抵抗R5の代わりに検流形を入れました。 そこでこんな回路はどうでしょうか。 ①I1=0となるのはR2R3-R1R4=0のとき。 ②検流形を入れます。 ③iGに書き換え、検流形の大きい内部抵抗もOK。 ④R3は残り3つの抵抗値で表される。 ブリッジを用いた抵抗 (ひいては多くの素子) の測定のメリット。

31 真中の抵抗R5の代わりに検流形を入れました。
E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 直流電力 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 この回路で、抵抗Rには、電圧Eが加わって、 の電流が流れています。この回路で消費される電力は、 電圧と電流を単純に掛け合わせたものなので、 E R I= P=EI= E2 =I2R となります。 ブリッジの平衡条件 電気回路第1スライド3-9-3 先ほどのブリッジにおいて、電流i1は このブリッジにおいて、   検流形の電流iGは R1 R2 R3 R4 E i1= (R2R3-R1R4) E Δ G となりました。 、平衡条件(検流形に電流が流れない)は ここで、 i1=0 とすると、 iG R2R3-R1R4=0 となって、 検流形の内部抵抗 面白いことに R5に依存しません。 R5は出てきません。 大抵MΩと大きいのですがこの回路の 特徴のおかげで問題なく使えます。 真中の抵抗R5の代わりに検流形を入れました。 そこでこんな回路はどうでしょうか。 ①I1=0となるのはR2R3-R1R4=0のとき。 ②検流形を入れます。 ③iGに書き換え、検流形の大きい内部抵抗もOK。 ④R3は残り3つの抵抗値で表される。 ブリッジを用いた抵抗 (ひいては多くの素子) の測定のメリット。

32 真中の抵抗R5の代わりに検流形を入れました。
E 方程式を解いて Δ= ただし i1= Δ (R2R3-R1R4) R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 直流電力 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 この回路で、抵抗Rには、電圧Eが加わって、 の電流が流れています。この回路で消費される電力は、 電圧と電流を単純に掛け合わせたものなので、 E R I= P=EI= E2 =I2R となります。 ブリッジの平衡条件 電気回路第1スライド3-9-4 先ほどのブリッジにおいて、電流i1は このブリッジにおいて、   検流形の電流iGは R1 R2 R3 R4 E i1= (R2R3-R1R4) E Δ G となりました。 、平衡条件(検流形に電流が流れない)は ここで、 より               i1=0 とすると、 R3= R1R4 R2 iG R2R3-R1R4=0 この式 を移項、R2で割り となって、 検流形の内部抵抗 面白いことに R5は出てきません。 R5に依存しません。 となって、 R1、 R2、 R4 の値がわかっていれば、 大抵MΩと大きいのですがこの回路の 特徴のおかげで問題なく使えます。 真中の抵抗R5の代わりに検流形を入れました。 そこでこんな回路はどうでしょうか。 未知の抵抗 R3 の値を求めることができます。 ①I1=0となるのはR2R3-R1R4=0のとき。 ②検流形を入れます。 ③iGに書き換え、検流形の大きい内部抵抗もOK。 ④R3は残り3つの抵抗値で表される。 ブリッジを用いた抵抗 (ひいては多くの素子) の測定のメリット。

33 ! 直流電力 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 E R E R I= E R E この回路で、抵抗Rには、 電圧Eが加わって、
網目電流を設定 すると、初めから 電流連続の法則 を満たし、方程式 が少なく便利。 今日のまとめ 網目電流を設定すると便利 ある程度複雑な 回路では、 ホィートストンブリッジ R1 R2 R3 R4 R5 E 平衡条件は、 R2R3-R1R4=0 であり、このとき R5には電流が 流れない。 抵抗の測定に便 利な回路である。 ブリッジの平衡条件 R1 R2 R3 R4 E このブリッジにおいて、検流形の電流iGは iG R3= R1R4 となり、平衡条件より となって、R1、R2、R4の値がわかっていれば、 未知の抵抗R3の値を求めることができます。 iG= (R2R3-R1R4) Δ 直流電力 電気回路第1スライド3-10-1 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 E R E R I= E R E この回路で、抵抗Rには、 電圧Eが加わって、 の電流が流れています。 この回路で消費される電力は、 電圧と電流を単純に掛け合わせたものなので、 P=EI ①抵抗で消費される電力は電力の基本 ②E2/RでもI2RでもOK。 電力(実は仕事率)は これでいいの?

34 ! 直流電力 E 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 R この回路で、抵抗Rには、 電圧Eが加わって、 の電流が流れています。
網目電流を設定 すると、初めから 電流連続の法則 を満たし、方程式 が少なく便利。 今日のまとめ 網目電流を設定すると便利 ある程度複雑な 回路では、 ホィートストンブリッジ R1 R2 R3 R4 R5 E 平衡条件は、 R2R3-R1R4=0 であり、このとき R5には電流が 流れない。 抵抗の測定に便 利な回路である。 ブリッジの平衡条件 R1 R2 R3 R4 E このブリッジにおいて、検流形の電流iGは iG R3= R1R4 となり、平衡条件より となって、R1、R2、R4の値がわかっていれば、 未知の抵抗R3の値を求めることができます。 iG= (R2R3-R1R4) Δ 直流電力 電気回路第1スライド3-10-1 E 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 R この回路で、抵抗Rには、 電圧Eが加わって、 の電流が流れています。 I= この回路で消費される電力は、 電圧と電流を単純に掛け合わせたものなので、 E R =E E2 R P=EI =(IR)I I2R   となります。 ①抵抗で消費される電力は電力の基本 ②E2/RでもI2RでもOK。 電力(実は仕事率)は これでいいの?

35 ? ! 今日のまとめ 網目電流を設定すると便利 ある程度複雑な 回路では、 網目電流を設定 すると、初めから 電流連続の法則
スライドの終了 直流電力 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 この回路で、抵抗Rには、電圧Eが加わって、 の電流が流れています。この回路で消費される電力は、 電圧と電流を単純に掛け合わせたものなので、 E R I= P=EI= E2 =I2R となります。 今日のまとめ 電気回路第1スライド3-11-1 網目電流を設定すると便利 ある程度複雑な 回路では、 網目電流を設定 すると、初めから 電流連続の法則 を満たし、方程式 が少なく便利。 ①網目電流を設定すると電流連続を入れた電流。 ②ブリッジはR2R3-R1R4=0なる平衡条件。 ③抵抗の精密測定に便利。 はじめに戻ります。 次回までの演習問題です。 (時間中に解説できるか  大変不安ですが。)

36 ? ! 今日のまとめ R1 R3 R2R3-R1R4=0 R5 R5には電流が R2 R4 E 網目電流を設定 すると、初めから
スライドの終了 直流電力 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 この回路で、抵抗Rには、電圧Eが加わって、 の電流が流れています。この回路で消費される電力は、 電圧と電流を単純に掛け合わせたものなので、 E R I= P=EI= E2 =I2R となります。 今日のまとめ 電気回路第1スライド3-11-2 網目電流を設定 すると、初めから 電流連続の法則 を満たし、方程式 が少なく便利。 網目電流を設定すると便利 ある程度複雑な 回路では、 ホィートストンブリッジ 平衡条件は、 R1 R2 R3 R4 R5 E R2R3-R1R4=0 であり、このとき R5には電流が 流れない。 ①網目電流を設定すると電流連続を入れた電流。 ②ブリッジはR2R3-R1R4=0なる平衡条件。 ③抵抗の精密測定に便利。 はじめに戻ります。 次回までの演習問題です。 (時間中に解説できるか  大変不安ですが。)

37 ? ! 今日のまとめ R1 R3 R2R3-R1R4=0 R5 R5には電流が R2 R4 E 網目電流を設定 すると、初めから
スライドを終了します。 直流電力 抵抗で消費される電力を(一応)述べておきます。 この回路で、抵抗Rには、電圧Eが加わって、 の電流が流れています。この回路で消費される電力は、 電圧と電流を単純に掛け合わせたものなので、 E R I= P=EI= E2 =I2R となります。 今日のまとめ 電気回路第1スライド3-11-3 網目電流を設定 すると、初めから 電流連続の法則 を満たし、方程式 が少なく便利。 網目電流を設定すると便利 ある程度複雑な 回路では、 ホィートストンブリッジ R1 R2 R3 R4 R5 E 平衡条件は、 R2R3-R1R4=0 であり、このとき R5には電流が 流れない。 抵抗の測定に便 利な回路である。 ①網目電流を設定すると電流連続を入れた電流。 ②ブリッジはR2R3-R1R4=0なる平衡条件。 ③抵抗の精密測定に便利。 はじめに戻ります。 次回までの演習問題です。 (時間中に解説できるか  大変不安ですが。)

38 !! 付録:電気回路第1のシラバス 電気回路第1スライド付録 ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 <授業の特色>
電気工学、電子工学、通信工学の基礎となり、電磁気学とならぶ最重要科目である。これから学習する専門科目の基礎なので、実際に回路が扱えるように、繰り返し講義、演習、試験を行なう。また、各自のパソコンで利用できる講義データ(パワーポイント形式)を配布し、これを用いて授業を進める。授業では使用しないが、印刷物が必要な場合は、「電気回路」(大下眞二郎著、共立出版)又は「詳解電気回路演習(上)」(大下眞二郎著、共立出版)を参照されたい。なお、情報コンセントのある共通教育61番教室で授業を行なうが、ネットワーク経由で遊んでいる者などは即刻退室させる。 <授業の達成目標> 電気回路第1では交流回路までを学習する。交流について、位相差とその寄与を理解し、複素数のインピーダンスを用いて解析できるようになることを最低限の目標とする。 <評価方法> 期末試験には原則として第2~5章より各1題ずつ出題する。過去3年間の試験問題を公開し、これと同水準の別問題を出題する。期末試験にて80点以上を優、65点以上を良とする。また、試験の得点に出席回数(レポートの数)から9を引いたものを加えて50以上の者を可とする。期末試験で優とならなかったものは、10月(予定)の追試験(本試験と同水準)を受験することができ、より良かった方の成績で評定する。また、カンニング防止のため、できるだけ1人ずつ異なる問題を与えるが、答案等に多少でも疑義がある場合は0点と採点し、追試験を受験させる。 <授業の内容> 第1章 電圧、電流  電圧、電流の意味、オームの法則、等価回路の意味(第1週) 第2章 直流回路  キルヒホッフの法則、枝路電流法と網目電流法(第2週)  網目電流方程式、ホィートストンブリッジ回路(第3週)  直流回路の演習(第4週) 第3章 正弦波交流  正弦波交流と実効値、位相(第5週)  インダクタンス回路、キャパシタンス回路(第6週)  RL並列回路、RC直列回路、RLC直列回路(第7週)  インピーダンス、力率、有効電力、無効電力(第8週) 第4章 ベクトル記号法  位相のずれた電圧、複素電圧、複素電流(第9週)  インピーダンス、位相、アドミッタンス(第10週)  複素電力、電力・力率の計算(第11週) 第5章 交流回路  RL回路、RC回路、RLC直列共振回路(第12週)  並列共振回路、相互誘導回路、交流ブリッジ(第13週) 復習と演習 (第14週) ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 !!

39 !! 補足1:前回のまとめ 電気回路第1スライド付録 キルヒホッフの電流の法則 接点に流れ込む電流をI1 ~ Inとすると、
   I1 + I2 + I In = 0 ① となります。 ポイントは、電流が電子の流れであって、接点に流れ込んだ電子がなくなってしまわないということから、入った電流はかならず、どちらか別の枝に流出するということです。これは、   (入った電流の和)=(出た電流の和) ② となります。①式はこれをマイナスの電流を認めることで、全部流入する電流としますと、右辺ゼロですから、①式が得られると考えます。 キルヒホッフの電圧の法則 1つのループを回る方向に電圧源の電圧上昇と抵抗による電圧降下(こちらはマイナス)を加えると電圧の変化の合計はゼロになります。 ポイントは、(1)同じ場所の電圧は場所固有の値ですから、1周りしても変化しないこと、(2)必ずぐるっと回らないといけないので、閉じたループを考える必要があること、(3)方向が重要で、特に電流の向きに抵抗では電圧が下がること、などでしょう。 !! わかったら(でなくっても) ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。

40 !! i2 i3 i1 補足2:なぜこの3つの電流でよいか? 電気回路第1スライド付録
1つの接点から4本の枝が出ているように見えます。接点に入る電流をプラス、出る電流をマイナスとするなど、1本の枝に1つの電流を設定するとよいと考えますと電流は4本となります。接点に流れ込む電流を I1 、 I2 、 I3、 I4、 としますと、電流の法則から、    I1 + I2 + I3 + I4 = 0 ① を満たす必要があります。方程式で苦労すると、変数を1つ消去できますから、3本になります。 本編で、わざわざ前回の道路の絵を導入したのは、各電流が(電荷を運ぶ電子が)接点を目指して走っているというよりは、接点を経由してどちらかの枝からどちらか別の枝へ流れると考えて良いことを示しています。枝の数マイナス一本の電流を考えれば良いことになります。 I1 I4 I2 I3 i2 i1 i3 わかったら(でなくっても) ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 !!

41 補足3:網目電流を設定すると方程式が減少する理由
電気回路第1スライド付録 補足3:網目電流を設定すると方程式が減少する理由 網目電流を設定すると、例えば上の丸で囲ったてんでは3本の網目電流が経由しますが、全部経由して抜けていっているため、電流連続を自動的にみたします。 右側の赤いループのように変更しても状況は変わりません。電圧平衡の方程式のみ考えてください。 !! わかったら(でなくっても) ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。

42 !! 補足4:R5がなければ R1 R2 R3 R4 E 電気回路第1スライド付録 A
R5 がなければ、左のようにすごく簡単な回路です。もちろん、ご存知の人には、R1 と R3 が直列接続だと R1 + R3 の合成抵抗(直列なので足せばよい。)。R2 と R4 が直列接続だと R2 + R4 の合成抵抗です。これらが並列ですから、下の図のように書き換えられて、合成抵抗は、    1    ―― = ―――― + ―――― ① R R1 + R R2 + R4 となります。もちろん電流 I に直して、            I = ―――― + ―――― E ② ( R1 + R R2 + R4 ) となります。 ただしよく理解しているひとには、上の   点と下の   点の電圧が同じ時、AB間には電流が 流れませんから、結果的にこれと同 じようになります。ちなみにこれは、 R R2 ―――― = ―――― ③ R1 + R R2 + R4 から本編の平衡条件の、    R1 R4 = R2 R3 ④ が得られます。 A B B R2 + R4 R1 + R3 E I わかったら(でなくっても) ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 !!

43 !! 補足5:枝路電流法の解析 電気回路第1スライド付録 電流連続の法則
4つの接点で入った電流の和と出た電流の和が等しいので、次の①~④の方程式が得られます。 電圧平衡の法則 抵抗での電圧降下を赤の矢印で示しました。小さいループ3つの電圧の変化を計算すると、 I1R1 I3R3 R1 R2 R3 R4 R5 E I0 = I1+I2  ① I0 I1 I2 I5 I3 I4 I1 = I3+I5 ② I2+I5 = I4 ③ I3+I4 = I0 ④ -I1R1-I5R5+I2R2 = 0 ⑤ I4R4+ I5R5-I3R3 = 0 ⑥ I5R5 I2R2 I4R4 E E- I2R2-I4R4 = 0  ⑦ この3本の方程式が得られます。 !! わかったら(でなくっても) ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 ただし、次の①に②と③を代入すると、④式がえられますから、実質的に有効な方程式は①~③の3つで十分です。

44 !! ( ) ( ) ( ) 補足6:行列による方程式の解の公式 電気回路第1スライド付録 方程式を行列で表現 例えば、3元1次方程式、
 a11x + a12y + a13z = b1 ①   a21x + a22y + a23z = b2 ②  a31x + a32y + a33z = b3 ③ は、行列を用いて、   a11 a12 a13      x   b1     a21 a22 a23       y   =   b2 ④   a31 a32 a33      z   b3 と表すことができる。 解の公式 ④の解は、 b1  a12 a13   b2  a22 a23 b3  a32 a33     x = ⑤ a11 a12 a13     a21 a22 a23     a31 a32 a33     などと表されます。 もちろん、3元の場合には、クラメールの公式を用いて、。 -a33a21a12-a31a22a13-a32a23a11 a11 a12 a13     a21 a22 a23     ⑥ a31 a32 a33     a13a21a32 + a11a22a33 + a12a23a31 と計算していただいて結構です。 ( ) ( ) ( ) わかったら(でなくっても) ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 !!

45 !! 発展1:前回からの演習課題の解答 [1] 次のように導線を3本ないし4本ある接点につないだ接点でそれぞれ電流をもとめなさい。 I2
7 [A] 12 [A] -7 [A] 14 [A] 7 [A] 14 [A] 7 [A] I1 7 [A] 流れ込む電流の和が流れ出す電流。 I1 = = 19 [A] 同様に、I2 +14 = (-7)+ 7 より、 I2 = -14 [A]。 (負号に注意) 全部流出、0 = I +14 より、 I3 = -28 [A]。 [2] つぎの各回路の未知電圧をもとめなさい。 抵抗では、電流の向きと逆にIRの電圧が発生します。これを図に示します。 あとはループを1回りして電圧がゼロです。 3 [V] 2 [Ω] 2 [Ω] V2 2 [V] 1 [A] 4 [V] 2 [A] !! ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 3 [V] 1 [A] V1 2 [V] 2 [V] 2 [V] 2 [V] 1 [Ω] 2 [Ω] 3 + 2-2 + V1 = 0 より V1 = -3 [V] 2 [A] V2 + 4-2-2-2 + 3 = 0 より V2 = -1 [V]

46 発展2:並列でも直列でもない回路 今回は抵抗の接続の公式を使ってすぐには答えの出ない、並列でも直列でもない回路を考えました。実はこの条件を満たすもっとも簡単な回路を引き合いにだしたのですが、もっと簡単な回路ができないことを示します。抵抗2個は直列か並列に接続するしかありません。抵抗3つの場合も全部直列か全部並列のほかに、抵抗をデルタ上に接続できます。しかし、どこに電圧をかけても、2個直列の抵抗ともう1っ個の並列の合成で簡単に解析できます。 (3) (4a) (4b) 実は4つにしても(4a)のようにひし形にする他は、余計な枝を一本つけた(4b)の接続しかありません。(4a)はもちろん、直列どうしの並列などで解析できます。今日の回路は、抵抗5個接続ですが、余計な並列か直列を1つつけるほかには下のような回路が考えられます。実のところどれもおなじ回路で、●のついていない接点に電圧源をつなぐとブリッジ回路になります。 (5a) (5b) ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 !! (5c)

47 !! 発展3:網目電流の設定方法について R1 R3 R5 R2 R4 E
網目電流の設定は、その名前からも想像がつくように各網に1個の電流を設定すると良いです。 ホィートストンブリッジですと、(1)のように設定するのが基本ですね。ですが、多少変更を加えて、 R1 R2 R3 R4 R5 E (2)や(3)のようにしてあげてもOKです。本編では(2)を用いました。しかし、同じ3つのループを作っ (1) (2) (3) (4) っていても下の(4)は不可です。黄色のループは残りの2個のループに対して独立な変数とはなりません。 また、R3を流れる電流は全く解析されていない。(ゼロと思われている。)微妙なお話ですが注意ください。 ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 !!

48 !! 発展4:テブナンの定理を用いた解法 [] R1 R3 R5 R2 R4 E
電気回路第2(第6章)で学習するテブナンの定理を用いると簡単に解けます。 (1) R1 R2 R3 R4 R5 E [] 電圧E0の方はAB間を開放するとよいです。ABを開放して電流を流さないと、rでは電圧が下がりませんから、 直列抵抗の分圧の法則より、 R3 R1+R3 R4 R2+R4 VA= E VB= E !! ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 ですから、差を取って、Eは、 R3 R1+R3 R4 R2+R4 E0= - E

49 !! 発展5:なぜこの網目電流を用いたか R1 R3 R5 R2 R4 E
(1)の網目電流ではなく、(2)の網目電流を用いた理由を考えましょう。 R1 R2 R3 R4 R5 E (1) (2)   0       R1+R2      -R2   0    R1+R2+R3+R4  -R2-R4  E     -R2-R4      R2+R4 R1+R2+R5    R1+R2      -R2  R1+R2   R1+R2+R3+R4 -R2-R4  -R2      -R2-R4     R2+R4 (2)の網目電流では、このようにR5を流れる電流が計算できます。 一方、(1)の網目電流では、このようにR5を流れる電流は2つの解の差をとってあげる必要があります。式自身は 上よりも多少やさしいと思いますが、今回はブリッジの平衡に注目するため、わざと(1)の回路を利用しました。   0       -R5     -R2   0     R3+R4+R5  -R4  E      -R4    R2+R4 R1+R2+R5    0     -R2   -R5      -R4  -R2       E   R2+R4 ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 !! R1+R2+R5     -R5    -R2   -R5     R3+R4+R5  -R4  -R2       -R4   R2+R4 R1+R2+R5     -R5    -R2   -R5     R3+R4+R5  -R4  -R2       -R4   R2+R4

50 !! 発展6:ブリッジを用いた抵抗測定など R1 R3 R3= R1R4 R2 R2 R4 未知抵抗Rx 従来の測定
従来の測定では、電流計といいますと、コイルに電流を流してその磁界の強さを測る(可動コイル形など)といった手法を用いました。この場合必ず電流計に内部抵抗rがありますから、右の等価回路を用いることになります。さらに、この r は電流計のレンジ(何Aまで計れるモードで測定するか)によって変化するとともに、温度や装置間のばらつきで変化するため、電流を正確に測ることはできません。 A 未知抵抗Rx 内部抵抗r E 電流計の等価回路 R1 R3 ブリッジの利用 ブリッジを用いますと中の検流計の内部抵抗によらずこの電流がゼロになれば、 とR3を求めることができます。したがって、可動コイルのような抵抗値の安定しない素子ではなく、ちゃんとした抵抗で抵抗値を制御してあげて、計測が可能となります。 R3= R1R4 R2 R2 R4 !! ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。

51 !! 発展7:電力はこれでいいの? 電力は、電圧と電流の積または、二乗と抵抗値で、 E2 P=EI= ―― = I2R ① R
と表されます。これは電流はたくさんの電子が動けばそれに比例してエネルギーのため必要で、電圧もエネルギー差の大きいところを電子が駆け降りるといっぱい電力が放出されると考えていただいてよいです。 結果は二乗の式ですが、このようにエネルギー関連は二乗の式になりがちですね。もちろん、運動エネルギーの、     1    E= ―― mv ②     2    も同じように考えられますね。今後の実験(学生実験を含むで)交流ですが、電圧を変えて電球をともしたりします。このような場合は電圧がある程度低いときは、電力は電圧の二乗に比例します。もっと電圧が大きくなると少し事情が異なるのですが、その理由については以前のスライドを参考に考えてみてください。 電力 !! ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。 電圧

52 !! 発展8:次回までの演習課題 [1] 次の回路で、抵抗R3に電流が流れない条件を求めなさい。 R2 R1 R3 R4 R5 E R6
ここをクリックしてもとの スライドに帰りましょう。


Download ppt "電気回路第1 第3回 ーホィートストンブリッジー 電気回路第1スライド3-1 目次 2前回の復習 3枝路電流法と網目電流法"

Similar presentations


Ads by Google