第三種電気主任技術者(電験三種) 過去問
令和7年度(2025年)上期
問20 (理論 問17(b))

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問題

第三種電気主任技術者(電験三種)試験 令和7年度(2025年)上期 問20(理論 問17(b)) (訂正依頼・報告はこちら)

大きさが等しい二つの導体球A,Bがある。両導体球に電荷が蓄えられている場合、両導体球の間に働く力は、導体球に蓄えられている電荷の積に比例し、導体球の中心間距離の2乗に反比例する。次の問に答えよ。

この場合の比例定数を求める目的で、導体球Aに+4✕10−8C,導体球Bに+6✕10−8Cの電荷を与えて、導体球の中心間距離で0.3m隔てて両導体球を置いたところ、両導体球間に2.4✕10−4Nの反発力が働いた。(ただし、導体球A,Bの初期電荷は零とする。また、両導体球の大きさは0.3mに比べて極めて小さいものとする。)

上記の導体球A,Bを、電荷を保持したままで0.3mの中心間距離を隔てて固定した。ここで、導体球A,Bと大きさが等しく電荷を持たない導体球Cを用意し、導体球Cをまず導体球Aに接触させ、次に導体球Bに接触させた。この導体球Cを導体球Aと導体球Bの間の直線上に置くとき、導体球Cが受ける力が釣り合う位置を導体球Aとの中心間距離で表したとき、その距離の値[m]として、最も近いものを次の選択肢のうちから一つ選べ。
  • 0.062
  • 0.095
  • 0.105
  • 0.115
  • 0.124

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この過去問の解説 (1件)

01

この問題は、導体球間に働く静電気力が電荷の積に比例し、距離の2乗に反比例することを利用し、電荷の移動後における力のつり合い位置を求めるものです。
最初に、導体球Cを導体球Aに接触させ、その後に導体球Bに接触させるため、電荷は接触のたびに等しい大きさの導体球間で等分されます。

その結果、各導体球がもつ電荷を整理したうえで、導体球Cに働くAからの反発力とBからの反発力が等しくなる位置を求めます。

選択肢1. 0.062

この距離では、導体球Aから受ける反発力が導体球Bから受ける反発力よりも大きくなり、力はつり合いません。
この選択肢は誤りです。

選択肢2. 0.095

この距離でも、導体球A側の反発力が依然として大きく、導体球Cに働く力はつり合いません。
この選択肢は誤りです。

選択肢3. 0.105

この距離は力のつり合い位置に近いものの、計算によって求められる値より小さく、正確なつり合い条件を満たしません。
この選択肢は誤りです。

選択肢4. 0.115

この距離も候補には近いですが、導体球Bからの反発力がやや大きくなり、完全なつり合いにはなりません。
この選択肢は誤りです。

選択肢5. 0.124

導体球Aと導体球Cの距離をxとすると、電荷の移動後の電荷量を用いて静電気力のつり合い条件を立てることで x ≈ 0.124 m と求められます。
この選択肢は正解です。

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