第三種電気主任技術者(電験三種) 過去問
令和6年度(2024年)下期
問12 (理論 問12)

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問題

第三種電気主任技術者(電験三種)試験 令和6年度(2024年)下期 問12(理論 問12) (訂正依頼・報告はこちら)

次の文章は、電子レンジに内蔵されてマイクロ波を発生する、マグネトロン内の電子の軌跡を簡略化して説明した記述である。
図に示すように、真空中の平行平板電極間に直流電圧を加えて平等電界E[V/m]を作り、平等電界と直交する方向に磁束密度B[T]の平等磁界を加えた。図中の⦿はz軸の正の向きで、紙面に垂直かつ手前の向きを表す。
陰極上の点Pに初速零で電荷−e[C]の電子を置いて静かに離すと、y軸の( ア )の向きの電界により電子は陽極に向かって動き始める。同時に電子は磁束密度に( イ )した大きさの( ウ )力を受ける。磁界はz軸の( エ )の向きのため、電子は電界と磁界の作用でx軸の正の向きに移動する。このとき磁束密度が一定値以上では電子は陽極に到達せずに、図のように( オ )といわれる軌跡を描く。ただし、電子は紙面と平行な平面上を移動し、重力の影響は無視できるものとする。
上記の記述中の空白箇所(ア)~(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次のうちから一つ選べ。
問題文の画像
  • ア:正  イ:比例  ウ:ローレンツ  エ:正  オ:サイクロイド
  • ア:正  イ:反比例  ウ:アンペール  エ:正  オ:ヒステリシス
  • ア:負  イ:比例  ウ:アンペール  エ:負  オ:リサジュー
  • ア:負  イ:比例  ウ:ローレンツ  エ:負  オ:サイクロイド
  • ア:負  イ:反比例  ウ:ローレンツ  エ:負  オ:リサジュー

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この過去問の解説 (3件)

01

マグネトロン内の電子の軌跡に関する穴埋め問題です。

選択肢4. ア:負  イ:比例  ウ:ローレンツ  エ:負  オ:サイクロイド

(ア)負

電界は陽極から陰極に向かい、点Pには電子が置かれます。

電子は電界と逆向きに動くので、問題文で与えられた図では負の方向に力が働くことになります。

 

 

(イ)比例 、 (ウ)ローレンツ

ローレンツ力の公式は、F=−evBで表すことができます。

Bは磁束密度を表しており、ローレンツ力と比例関係にあります。

 

 

(エ)負

フレミングの左手の法則より、負の向きとなります。

 

 

(オ)サイクロイド

図のような軌跡をサイクロイドと言います。

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02

電子レンジ内のマイクロ波を発生させるマグネトロン内の原理に関しての問題です。

語句の組み合わせなので一つおかしいと思ったものは切り捨てて選択肢を狭めていきましょう。

フレミングの左手の法則により、電流の向きと電子の運動方向は逆になると考えます。

その電子には、磁束密度と比例した大きさのローレンツ力(電子が磁界の中を動こうとする力)を受けます。

磁界はz軸の負の向きになり、電子は電界と磁界の作用でx軸の正の向きに移動します。

磁束密度が一定値以上では電子は陽極に到達せずに図のように軌跡を描きます。

この軌跡をサイクロイドといいます。

選択肢1. ア:正  イ:比例  ウ:ローレンツ  エ:正  オ:サイクロイド

誤:正方向ということは電子と電流が同方向に流れるということになります。

選択肢2. ア:正  イ:反比例  ウ:アンペール  エ:正  オ:ヒステリシス

誤:アンペールは右ネジの法則のことで進行方向は電流を、回転方向が磁力線の方向を表すのに用います。

ヒステリシスは磁界がプラス方向に増加するときの磁束密度の変化を表しています。

選択肢3. ア:負  イ:比例  ウ:アンペール  エ:負  オ:リサジュー

誤:リサジューは、オシロスコープの垂直軸と水平軸に交流電圧を加えた時に描く図形を指します。

選択肢4. ア:負  イ:比例  ウ:ローレンツ  エ:負  オ:サイクロイド

正:それぞれ当てはまる語句となっています。

選択肢5. ア:負  イ:反比例  ウ:ローレンツ  エ:負  オ:リサジュー

誤:磁束密度と反比例してしまうと、一定以上にならずに陽極側に到達してしまいます。

そうなると、戻ってこなくなり回転できなくなります。

まとめ

一つ一つ組み合わせが正しいかを見てみて、組み合わせ的に語呂が合わないことがあるのでそこに注意していきましょう。

これだと思えば、最初から読み直して違和感がないように行っていきます。

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03

マグネトロン内の電子の軌跡を説明する穴埋め問題です。

選択肢4. ア:負  イ:比例  ウ:ローレンツ  エ:負  オ:サイクロイド

(ア)
電子は負電荷なので、F=qE=−eEの力を受けます。+y方向へ動かすには、電界Eは−y方向である必要があります。

 

(イ)比例

ローレンツ力F=qvB。 B=磁束密度のため、選択肢は比例となります。

 

(ウ)ローレンツ
ローレンツ力は荷電粒子が磁界中を移動するときに受ける力。アンペール力は導体が受ける力のため不適です。

 

(エ)
電流は電子の逆向きに発生するため、-y方向、ローレンツ力(+x方向)となります。これをフレミングに左手の法則に当てはめると磁界は-z方向つまり負となります。

 

(オ)サイクロイド
円のある1点に着目し、円が転がるさいの点の軌跡をサイクロイドといいます。

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