問題起電力60V・内部抵抗10Ωの直流電源に、可変抵抗Rと、各辺が30ΩのΔ形抵抗回路の端子a-b間を直列に接続した(端子cは何も接続しない)。Rを変化させたとき、Rの消費電力が最大となるRの値とそのときの消費電力の組合せとして、正しいものはどれか。必要なら小数第2位を四捨五入せよ。
- aR=20Ω、45W
- bR=40Ω、22.5W
- cR=70Ω、12.9W
- dR=30Ω、30W
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正解:d. R=30Ω、30W
正解は「R=30Ω、30W」。端子cが開放なので、a-b間は辺ab(30Ω)と、辺bcと辺caの直列(60Ω)の並列で 30×60/(30+60)=20Ω。Rを除いた回路の等価抵抗は 10+20=30Ω なので、最大電力供給条件より R=30Ω。このとき電流は 60/(30+30)=1A、消費電力は 1²×30=30W(=E²/4r₀=3600/120)。「R=20Ω、45W」は誤り。内部抵抗10Ωを無視して R=20Ω とした場合の値。「R=40Ω、22.5W」は誤り。a-b間を辺ab(30Ω)だけとした場合の値。「R=70Ω、12.9W」は誤り。a-b間を60Ωとした場合の値。
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