今回は令和2年度 理論科目 A問題14を解説します。物理現象（計測・検出対象）と、それを検出する代表的なセンサの原理との組合せのうち、不適切なものを選ぶ問題です。
各センサが「どの物理現象を利用しているか」を押さえるのがポイント。圧電現象・ゼーベック効果・ピエゾ抵抗効果・ホール効果はよく出るので確実に対応づけましょう。
令和2年度 理論科目 A問題14：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和2年度 第三種電気主任技術者試験」理論科目 A問題14
電験3種 理論科目 【電気及び電子計測】 令和2年度 A問題14
物理現象と、その計測・検出のための代表的なセンサの原理との組合せとして、不適切なものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
物理現象（計測・検出対象） センサの原理 (1) 光 電磁誘導に関するファラデーの法則 (2) 超音波 圧電現象 (3) 温度 ゼーベック効果 (4) 圧力 ピエゾ抵抗効果 (5) 磁気 ホール効果
出題のポイント：光の検出に電磁誘導は使えない
不適切なのは(1)「光 ← 電磁誘導に関するファラデーの法則」です。ファラデーの法則は「磁束の変化で起電力が生じる」——光とは無関係です。
光を検出するのは光電効果です。光が当たると電子が飛び出したり（光電子放出）、導電率が変わったり（光導電効果）、起電力が生じたり（光起電力効果）します。
解説：5つの組合せを順に確かめる
| 選択肢 | 物理現象 | センサの原理 | 判定 | 正しい対応 |
| (1) | 光 | 電磁誘導（ファラデーの法則） | × | ◎ 光電効果 |
| (2) | 超音波 | 圧電現象 | ○ | — |
| (3) | 温度 | ゼーベック効果 | ○ | — |
| (4) | 圧力 | ピエゾ抵抗効果 | ○ | — |
| (5) | 磁気 | ホール効果 | ○ | — |
ファラデーの電磁誘導の法則は \(e=-N\,d\Phi/dt\)——磁束が変化したときに起電力が生じるという法則です。これで検出できるのは磁気や、コイルを動かす運動であって、光ではありません。
誤答の正体：どれも実在する効果なので紛らわしい
(2)〜(5)はすべて正しい組合せです。効果の名前は全部実在するので、名前を知らないと「聞いたことがないから誤りかも」と迷ってしまいます。
確実なのは(1)から攻めることです。ファラデーの法則は理論科目の前半で必ず学ぶので、「磁束の変化」が本質だと分かっていれば、光と結びつかないことは即断できます。
⚠️ よくある間違い
「光電効果」と「電磁誘導」を混同することはまずありませんが、選択肢の並びで(2)〜(5)の見慣れない用語に気を取られると(1)を素通りしがちです。自分が確実に知っている法則から先に判定してください。
深掘り①：光を検出する3つの効果
| 効果 | 何が起こるか | 代表的な素子 |
| 光導電効果 | 光が当たると抵抗が下がる | CdSセル・フォトレジスタ |
| 光起電力効果 | PN接合に光が当たると起電力が生じる | 太陽電池・フォトダイオード |
| 光電子放出効果 | 金属表面から電子が飛び出す | 光電管・光電子増倍管 |
どれも「光子のエネルギーが電子に渡される」という点で共通しています。光の粒子性（アインシュタインの光量子仮説）が根拠です。
半導体では、光子のエネルギーが禁制帯幅より大きいと電子が価電子帯から伝導帯へ飛び移ります。これが自由電子と正孔を作り、抵抗が下がったり起電力が生じたりするのです。
だから半導体の材料によって「反応する光の波長」が決まります。シリコンは可視〜近赤外、ゲルマニウムはより長い波長まで——禁制帯幅が小さいほど長い波長に反応します。
深掘り②：温度を測る効果いろいろ
| 効果・原理 | 内容 | 素子・用途 |
| ゼーベック効果 | 2種の金属の接点に温度差があると起電力 | 熱電対 |
| 金属の抵抗温度係数 | 温度が上がると抵抗が増える | 測温抵抗体（白金） |
| 半導体の抵抗温度係数 | 温度が上がると抵抗が減る | サーミスタ |
| ペルチェ効果 | 電流を流すと接点が発熱・吸熱 | 電子冷却（測定ではなく応用） |
ゼーベック効果とペルチェ効果は逆向きの現象です。温度差 → 起電力がゼーベック、電流 → 温度差がペルチェ——セットで覚えてください。
金属は正の温度係数、半導体は負の温度係数——この違いは半導体分野でも問われます。半導体は温度が上がるとキャリヤが増えるから抵抗が下がるのです。
深掘り③：圧電効果と磁気センサ
圧電効果（ピエゾ効果）は、水晶やセラミックに力を加えると電圧が生じる現象です。逆に電圧をかけると変形します（逆圧電効果）。
超音波センサは、逆圧電効果で振動を作り（送信）、圧電効果で振動を電気に戻す（受信）——1つの素子が送受信を兼ねられます。
ピエゾ抵抗効果は「力を加えると抵抗が変わる」現象で、圧電効果とは別物です。半導体ひずみゲージや圧力センサに使われます。
ホール効果は、電流の流れている導体に磁界をかけると、電流と磁界の両方に垂直な向きに電圧が生じる現象です。磁束密度に比例した電圧が出るので、磁気センサや電流センサに使えます。
💡 覚え方
圧「電」効果＝力で【電圧】が出る（水晶振動子・超音波）、ピエゾ【抵抗】効果＝力で【抵抗】が変わる（ひずみゲージ・圧力）。名前に「電」か「抵抗」かが入っているので、そこで区別できます。
深掘り④：センサと物理効果の対応表
| 測定対象 | 使う効果・原理 | 代表的な素子 |
| 光 | 光電効果（光導電・光起電力） | フォトダイオード・CdSセル |
| 温度 | ゼーベック効果／抵抗温度係数 | 熱電対・サーミスタ・測温抵抗体 |
| 磁気 | ホール効果／磁気抵抗効果 | ホール素子・MRセンサ |
| 圧力・力 | ピエゾ抵抗効果 | 半導体ひずみゲージ |
| 超音波・振動 | 圧電効果 | 圧電素子（水晶・PZT） |
| 回転・変位 | 電磁誘導 | ロータリエンコーダ・タコジェネレータ |
電磁誘導が活きるのは「動き」を測るときです。コイルと磁石の相対運動があれば起電力が出る——回転速度計や振動センサがその例です。
だから(1)が「回転 ← 電磁誘導」なら正しい組合せでした。「光」に差し替えたところが、この問題の作り方です。
⏱️ 本番での進め方
❶ 自分が確実に知っている法則から判定する——ファラデーの法則は必ず知っている。
❷ 「磁束の変化」が本質だと分かれば、光と結びつかないと即断できる。
❸ 5組の対応をセットで覚える：光＝光電、超音波＝圧電、温度＝ゼーベック、圧力＝ピエゾ抵抗、磁気＝ホール。
❹ 見慣れない用語があっても慌てない——実在する正しい組合せであることが多い。
深掘り⑤：ひずみゲージはブリッジ回路で使う
ピエゾ抵抗効果による抵抗の変化はごくわずかです。ひずみが \(10^{-6}\)（1マイクロストレイン）のとき、抵抗の変化率は \(10^{-6}\) 程度——そのままでは測れません。
\(K\) は2程度、\(\varepsilon\) はひずみ
120 Ω なら 0.00024 Ω
そこでホイートストンブリッジを使います。平衡状態からのずれを電圧として取り出せば、微小な抵抗変化が測れる——零位法ではなく「不平衡ブリッジ」として使うやり方です。
さらに、ゲージを2枚・4枚使うと感度が2倍・4倍になり、同時に温度変化の影響も打ち消せます。2枚を伸び側と縮み側に貼れば、温度による抵抗変化は両方に等しく起こって相殺されます。
センサは「効果を選ぶ」だけでなく「どう回路に組むか」まで含めて設計されます。本問で問われている物理効果は、その入口にあたります。
出題履歴：センサの原理は語句問題の定番
センサと物理効果の組合せは、計測分野で繰り返し出題されます。本問の5組はどれも頻出——この表を覚えるだけで、類題はほぼ確実に取れます。
この分野はほぼ毎年どこかで出題されます。手を動かして解ける状態にしておけば、本番で確実に得点できます。
まとめ
| (1)不適切 | 光←電磁誘導のファラデーの法則（無関係） |
| (2) | 超音波←圧電現象（正） |
| (3) | 温度←ゼーベック効果（正） |
| (4) | 圧力←ピエゾ抵抗効果（正） |
| (5) | 磁気←ホール効果（正） |
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