GWCB010 問題2
Problem Statement
直列回路における電圧と抵抗の計算
問題文
電源、抵抗器A、抵抗器Bが1つの道筋で直列に接続された回路がある。この回路にスイッチを入れると、回路全体に一定の電流が流れた。抵抗器Aの両端の電圧、および抵抗器Aの抵抗の値が分かっている。また、電源全体の電圧も分かっている。このとき、回路全体を流れる電流の大きさと、抵抗器Bの抵抗の値を求めよ。
制約
- 抵抗器Aの両端の電圧 VA: 3V
- 抵抗器Aの抵抗 RA: 15Ω
- 電源全体の電圧 V: 9V
入力形式
回路全体を流れる電流を I[A]、抵抗器Bの抵抗を RB[Ω] とする。無次元量 k=I×RB(これは抵抗器Bの両端の電圧の数値に等しい)を求め、最終入力値は k の値(自然数)とする。
Solution
解説
直列回路の性質とオームの法則
直列回路では、以下の2つの性質が成り立ちます。
- 電流の性質: 回路のどの地点でも流れる電流の大きさは等しい。
- 電圧の性質: 各部分にかかる電圧の和が、電源全体の電圧に等しい。
また、ある部分にかかる電圧 V[V]、電流 I[A]、抵抗 R[Ω] の間にはオームの法則 V=I×R が成り立ちます。
計算過程
まず、抵抗器Aに着目して回路を流れる電流 I[A] を求めます。オームの法則より、
I=RAVA=15Ω3V=0.2A直列回路のため、回路全体および抵抗器Bにも 0.2A の電流が流れます。
次に、直列回路の電圧の性質より、抵抗器Bの両端の電圧 VB[V] を求めます。
VB=V−VA=9V−3V=6V抵抗器Bの抵抗 RB[Ω] はオームの法則より、
RB=IVB=0.2A6V=30Ωとなります。
入力値の計算
指定された無次元量 k=I×RB を計算します。
k=0.2×30=6(これは抵抗器Bにかかる電圧 VB=6V の数値に対応します。)
最終的に入力すべき自然数は 6 です。