磁気・電磁力9【電験3種 理論】磁気に関する量と単位記号の組合せで誤りはどれ?磁束はV·s!令和6年上期 A問題3 完全解説

磁気・電磁力9【電験3種 理論】磁気に関する量と単位記号の組合せで誤りはどれ?磁束はV·s!令和6年上期 A問題3 完全解説

今回は令和6年度上期 理論科目 A問題3を解説します。磁気に関する量とその単位記号(SI基本単位及び組立単位による表し方)の組合せのうち、誤っているものを1つ選ぶ問題です。

ポイントは磁束=Wb=V·sで、V/sではないという点です。選択肢(2)が磁束をV/sとしているため誤りです。インダクタンスWb/A、磁気抵抗H-1、透磁率H/mは正しい対応です。

目次

令和6年度上期 理論科目 A問題3: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。

電験3種 理論科目 磁気・電磁力 令和6年度上期 A問題3 問題文
令和6年度上期 理論科目 A問題3 問題文

電験3種 理論科目 【電磁気(磁気・電磁力)】 令和6年度上期 A問題3

 磁気に関する量とその単位記号(SI基本単位及び組立単位による表し方)の組合せとして、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

単位記号
(1)インダクタンスWb/A
(2)磁束V/s
(3)磁界の強さA/m
(4)磁気抵抗H-1
(5)透磁率H/m

出題のポイント:Faradayの法則からWb=V·sを導く

Faradayの法則から磁束の単位WbがV秒でありV毎秒ではないことを導く図
V=Wb/sを変形するとWb=V·sです。掛け算と割り算を取り違えないことがポイントです。

単位は暗記だけでなく定義式から導くと確実です。1ターンのFaradayの法則|e|=|dΦ/dt|より、V=Wb/sです。両辺にsを掛けるとWb=V·sとなります。したがって磁束の単位をV/sとした(2)が誤りです。ほかもL=λ/I、NI=Hℓ、ℜ=NI/Φ、B=μHから確認できます。

ポイント解説:定義式から5つの単位を照合する

インダクタンス磁束磁界の強さ磁気抵抗透磁率の定義式と単位を照合する一覧図
5つの量を定義式から確認すると、磁束をV/sとする(2)だけが誤りです。

各単位を定義式から確認します。インダクタンスはL=λ/I、磁束は|e|=|dΦ/dt|、磁界の強さはNI=Hℓ、磁気抵抗はℜ=NI/Φ、透磁率はB=μHを使います。ここでλ=NΦは磁束鎖交数です。

選択肢(2)が磁束をV/sとしているため誤りです。他はすべて正しい対応です。

問題の解説:V/sではなくV·sなので正答は(2)

磁束の単位をFaradayの法則からV秒と判定し選択肢2を正答とする解答図
磁束はWb=V·sでありV/sではないため、正答は(2)です。

STEP1 (1)(3)を確認する

(1) 自己インダクタンスはL=λ/I=NΦ/Iです。巻数Nは無次元なので単位はWb/A=Hとなり正しい組合せです。(3) 一様な磁路ではNI=Hℓなので、磁界の強さHの単位はA/mとなり正しい組合せです。

STEP2 (2)が誤りである理由

1ターンのFaradayの法則を大きさで表すと、$$|e|=\left|\frac{d\Phi}{dt}\right|$$です。したがって、$$\mathrm{V}=\frac{\mathrm{Wb}}{\mathrm{s}}\quad\Rightarrow\quad \mathrm{Wb}=\mathrm{V\cdot s}$$となります。(2)のV/sは誤りです。

STEP3 (4)(5)を確認する

(4) 磁気抵抗ℜ=NI/Φより単位はA/Wbです。1H=1Wb/AなのでA/Wb=H−1です。(5) B=μHより透磁率の単位はWb/(A·m)=H/mです。したがって誤りは(2)だけです。

答え:(2)(Faradayの法則より磁束はWb=V·sであり、V/sではない)

💡 覚え方
磁束=Wb=V·s。インダクタンス=Wb/A、磁界の強さ=A/m、磁気抵抗=H-1、透磁率=H/m。

⚠️ よくある間違い
磁束をV/sとしないこと。V·s(ボルト秒)です。磁束密度T=Wb/m2とも区別します。

まとめ

(1) インダクタンスL=λ/IよりWb/A=H:正しい
(2) 磁束Wb=V·sでありV/sではない:誤り
(3) 磁界の強さNI=HℓよりA/m:正しい
(4) 磁気抵抗A/Wb=H−1:正しい
(5) 透磁率Wb/(A·m)=H/m:正しい
答え(2)

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