キルヒホッフの連立方程式の解き方を教えていただきたいのですが 問題 I1, I2, I3を求めよ。 キルヒホッフの第1法則より I1+I2-I3=0 キルヒホッフの第2法則より 8-2I1-3I3=0 10-4I2-3I3=0 この後の途中式がわからないのですが どのように解いたら良いのでしょうか?
001 [A]を用いて,以下において,電流の単位を[A]で表す. 左下図のように,電流と電圧について7個の未知数があるが,これを未知数7個・方程式7個の連立方程式として解かなくても,次の手順で順に求ることができる. V 1 → V 2 → I 2 → I 3 → V 3 → V 4 → I 4 オームの法則により V 1 =I 1 R 1 =2 V 2 =V 1 =2 V 2 = I 2 R 2 2=10 I 2 I 2 =0. 2 キルヒホフの第1法則により I 3 =I 1 +I 2 =0. 1+0. 2=0. 3 V 3 =I 3 R 3 =12 V 4 =V 1 +V 3 =2+12=14 V 4 = I 4 R 4 14=30 I 4 I 4 =14/30=0. 467 [A] I 4 =467 [mA]→【答】(4) キルヒホフの法則を用いて( V 1, V 2, V 3, V 4 を求めず), I 2, I 3, I 4 を未知数とする方程式3個,未知数3個の連立方程式として解くこともできる. 右側2個の接続点について,キルヒホフの第1法則を適用すると I 1 +I 2 =I 3 だから 0. 1+I 2 =I 3 …(1) 上の閉回路について,キルヒホフの第2法則を適用すると I 1 R 1 −I 2 R 2 =0 だから 2−10I 2 =0 …(2) 真中のの閉回路について,キルヒホフの第2法則を適用すると I 2 R 2 +I 3 R 3 −I 4 R 4 =0 だから 10I 2 +40I 3 −30I 4 =0 …(3) (2)より これを(1)に代入 I 3 =0. 3 これらを(3)に代入 2+12−30I 4 =0 [問題4] 図のように,既知の電流電源 E [V],未知の抵抗 R 1 [Ω],既知の抵抗 R 2 [Ω]及び R 3 [Ω]からなる回路がある。抵抗 R 3 [Ω]に流れる電流が I 3 [A]であるとき,抵抗 R 1 [Ω]を求める式として,正しのは次のうちどれか。 第三種電気主任技術者試験(電験三種)平成18年度「理論」問6 未知数を分かりやすくするために,左下図で示したように電流を x, y ,抵抗 R 1 を z で表す. 【物理】「キルヒホッフの法則」は「電気回路」を解くカギ！理系大学院生が5分で解説 - ページ 4 / 4 - Study-Z ドラゴン桜と学ぶWebマガジン. 接続点 a においてキルヒホフの第1法則を適用すると x = y +I 3 …(1) 左側の閉回路についてキルヒホフの第2法則を適用すると x z + y R 2 =E …(2) 右側の閉回路についてキルヒホフの第2法則を適用すると y R 2 −I 3 R 3 =0 …(3) y = x = +I 3 =I 3 これらを(2)に代入 I 3 z + R 2 =E I 3 z =E−I 3 R 3 z = (E−I 3 R 3)= ( −R 3) = ( −1) →【答】(5) [問題5] 図のような直流回路において,電源電圧が E [V]であったとき,末端の抵抗の端子間電圧の大きさが 1 [V]であった。このとき電源電圧 E [V]の値として,正しのは次のうちどれか。 (1) 34 (2) 20 (3) 14 (4) 6 (5) 4 第三種電気主任技術者試験(電験三種)平成15年度「理論」問6 左下図のように未知の電流と電圧が5個ずつありますが,各々の抵抗が分かっているから,オームの法則 V = I R (またはキルヒホフの第2法則)を用いると電流 I ・電圧 V のいずれか一方が分かれば,他方は求まります.
17 連結台車 【3】 式 23 で表される直流モータにおいて,一定入力 ,一定負荷 のもとで,一定角速度 の平衡状態が達成されているものとする。この平衡状態を基準とする直流モータの時間的振る舞いを表す状態方程式を示しなさい。 【4】 本書におけるすべての数値計算は,対話型の行列計算環境である 学生版MATLAB を用いて行っている。また,すべての時間応答のグラフは,(非線形)微分方程式による対話型シミュレーション環境である 学生版SIMULINK を用いて得ている。時間応答のシミュレーションのためには,状態方程式のブロック線図を描くことが必要となる。例えば,心臓のペースメーカのブロック線図(図1. 3)を得たとすると,SIMULINKでは,これを図1. 18のようにほぼそのままの構成で,対話型操作により表現する。ブロックIntegratorの初期値とブロックGainの値を設定し,微分方程式のソルバーの種類,サンプリング周期,シミュレーション時間などを設定すれば,ブロックScopeに図1. 1の時間応答を直ちにみることができる。時系列データの処理やグラフ化はMATLABで行える。 MATLABとSIMULINKが手元にあれば, シミュレーション1. 東大塾長の理系ラボ. 3 と同一条件下で,直流モータの低次元化後の状態方程式 25 による角速度の応答を,低次元化前の状態方程式 19 によるものと比較しなさい。 図1. 18 SIMULINKによる微分方程式のブロック表現 *高橋・有本:回路網とシステム理論,コロナ社 (1974)のpp. 65 66から引用。 **, D. 2. Bernstein: Benchmark Problems for Robust Control Design, ACC Proc. pp. 2047 2048 (1992) から引用。 ***The Student Edition of MATLAB-Version\, 5 User's Guide, Prentice Hall (1997) ****The Student Edition of SIMULINK-Version\, 2 User's Guide, Prentice Hall (1998)
5 I 1 +1. 0 I 3 =40 (12) 閉回路 ア→ウ→エ→アで、 1. 0 I 2 +1. 0 I 3 =20 (13) が成り立つから、(12)、(13)式にそれぞれ(11)式を代入すると、 3.
【未知数が3個ある連立方程式の解き方】 キルヒホフの法則を使って,上で検討したように連立方程式を立てると,次のような「未知数が3個」で「方程式が3個」の連立方程式になります.この連立方程式の解き方は高校で習いますが,ここで復習しておきます. 未知数が3個 方程式が3個 の連立方程式 I 1 =I 2 +I 3 …(1) 4I 1 +2I 2 =6 …(2) 3I 3 −2I 2 =5 …(3) まず,1文字を消去して未知数が2個,方程式が2個の連立方程式にします. (1)を(2)(3)に代入して I 1 を消去して, I 2, I 3 だけの方程式にします. 4(I 2 +I 3)+2I 2 =6 3I 3 −2I 2 =5 未知数が2個 方程式が2個 6I 2 +4I 3 =6 …(2') 3I 3 −2I 2 =5 …(3') (2')+(3')×3により I 2 を消去して, I 3 だけの一次方程式にします. +) 6I 2 +4I 3 =6 9I 3 −6I 2 =15 13I 3 =21 未知数が1個 方程式が1個 の一次方程式 I 3 について解けます. I 3 =21/13=1. 62 解が1個求まる (2')か(3')のどちらかに代入して I 2 を求めます. 解が2個求まる I 2 =−0. 08 I 3 =1. 62 (1)に代入して I 1 も求めます. 解が3個求まる I 1 =1. 54 図5 ・・・ 次の流れを頭の中に地図として覚えておくことが重要 【この地図を忘れると迷子になってしまう!】 階段を 3→2→1 と降りて行って, 1→2→3 と登るイメージ ※とにかく「2個2個」の連立方程式にするところが重要です.(そこら先は中学で習っているのでたぶん解けます.) よくある失敗は「一度に1個にしようとして間違ってしまう」「方程式の個数と未知数の項数が合わなくなってしまう」というような場合です. 左の結果を見ると I 2 =−0. 08 となっており,実際には 2 [Ω]の抵抗においては,電流は「下から上へ」流れていることになります. このように「方程式を立てるときに想定する電流の向きは適当でよく,結果として逆向きになっているときは負の値になる」ことで分かります. 1. 物理法則から状態方程式を導く | 制御系CAD. [問題1] 図のように,2種類の直流電源と3種類の抵抗からなる回路がある。各抵抗に流れる電流を図に示す向きに定義するとき,電流 I 1 [A], I 2 [A], I 3 [A]の値として,正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。 I 1 I 2 I 3 HELP 一般財団法人電気技術者試験センターが作成した問題 第三種電気主任技術者試験(電験三種)平成20年度「理論」問7 なお,問題及び解説に対する質問等は,電気技術者試験センターに対してでなく,引用しているこのホームページの作者に対して行うものとする.
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