交流電力 / 変圧器 / 時定数 / 鉄心 / 真空管

交流電力

（76pm78、74am75、73pm75、68pm76、67pm77、66.53、65.53、61.55）
　一周期にわたる瞬時電力pの平均値を交流電力という
・交流電力P　
　P＝VIcosθ［W］
　VI：皮相電力
　cosθ：力率

・無効電力P　
　P＝VIsinθ［W］

・実効値＝最大値（瞬時値）/√2

・平均値＝2/π×最大値（瞬時値）

・消費電力P（電力の瞬時値の時間平均）
　P＝V×I×cosθ
　V：実効値
　I：実効値　
　cosθ：位相差

医用工学　計算ドリル

抵抗、コンデンサ、コイル （73pm77,72am75.77pm75,70am76,66.54） 問1 　1種類のキャリアのみを有する半導体の導電率が102S・m-1、移動速度が0.36m2・V-1・s-1であるとき、キャリア濃度［m-3］はいくつか 　ただし、キャリアの電荷を1.6×10-19Cとする 答えキャリア濃度＝102÷（0.36×1.6×10-19） 　　　　　　　　＝1.7×1021［m-3］ 解説　抵抗ではなく半導体だが、例としてよかったので掲載 　問題だけだと何を言っているのかわからない学生が多く、難問になりそうだが、実はそうでもない、という問題 　今回の問題のように、各数字と答えの単位が書いてあり、他に定数を覚えている必要がない場合、出てきている数字の単位（今回であれば3つ）を組み合わせて、答えの単位に合わせるだけで良いので公式等を知らなくても簡単に解けてしまう 　今回の場合はSがオームの逆数なのを知っていれば 　導電率：S・m-1→Ω-1・m-1→A・V-1・m-1 　移動速度：m2・V-1・s-1 　電荷：C→A・s 　なので、導電率を移動速度と電荷で割ればよい...

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変圧器の原理

　（72am5、70am77、69am77）

　a＝　V2/V1
　　＝　N2/N1
　　　＝　I1/I2
　一次等価抵抗R₁＝r₁+r₂/a²
　二次等価抵抗R₂＝r₂+a²×r₂
　定格容量P＝V₂×I₂＝V₁×I₁

変圧器の損失

（76pm75、73pm76、72pm76）

・損失W
　W＝鉄損+銅損　[W]
　鉄損＝銅損：変圧器の最大効率
1, 無負荷損(鉄損)：鉄心に生じる損失
　　　　　　　　周波数が高くなると損失が減少する
　1-1, ヒステリシス損
　1-2,うず電流損

2,負荷損(銅損)：負荷電流による巻線の抵抗損
　　　　　　　　周波数では損失は変化しない
　銅損＝R×I², 負荷, 負荷率の二乗に比例
　2-1,一次銅損
　2-2,二次銅損

鉄心

　（66.55、60.51）

・磁気を帯びていない強磁性体に、磁場を印加していく様子
　縦軸：磁束密度B［T］
　横軸：磁場H［A/m］

　Bm：飽和磁気
　O→P曲線：初期化曲線
　Br：残留磁気
　Hc：保持力

・ヒステリシス(現象)
：BがHの値だけで決まらず、直前のBの値に依存する現象

・ヒステリシスループ
：P→Q→R→S→T→U→Pのループ
　ループ面積は熱エネルギーに比例する
　ループ面積は小さいほうが良い

・鉄心に向いているのはBrが大きく、Hcが小さいものである
　永久磁石はBrが大きく、Hcが大きい

RC回路

（75pm79、74pm78、66.54、62.57）
・時定数T＝C×R（sec）
　初期値V0/Rに対して約36.8［％］の値

スイッチとコンデンサ

　（71pm76、68pm76、60.55）

・スイッチを閉じて流れる電流の総量I0
　I0＝コンデンサに充電された電圧V/抵抗Rの抵抗値Ω　［A］

・スイッチを閉じて時間t後に流れる電流I1
　I1＝I0 exp（-ｔ/CR）［A］
　CR：時定数
　
・コンデンサの静電容量C
　＝　電荷q ÷ 電圧V　［F＝A・s/V＝C/V］
　電気素量e＝1.6×10^-19　［C］
　

リミッタ回路

直流チョッパ回路

(73am75)

二極真空管の特性曲線

(76am76、75pm76、74am77、70pm78、68pm78、67am75、63.56)

（1）：逆電圧領域
　熱陰極から放出される電子の運動エネルギーは0ではないため，十分な負電圧を陽極に印加しないと，電流は0にはならない

（2）：空間電荷制限領域
　管電流Ip(チャイルド・ラングミュアの式)∝V^3/2／d²

（3）：温度制限領域
　管電流I∝1/d²　
　管電流値はフィラメント電流で決まる
　　→　飽和電流で動作する
　V：管電圧
　d：電極間距離　
↓対策ノート「X線源装置」：動作特性

X線源装置　―　X線管装置

X線発生装置　 ├―　X線源装置 ｜　　└――　X線管装置　+　照射野限定器 ｜ ├―　X線用高電圧ケーブル ｜ └―　X線高電圧装置 　　　└――　高電圧発生装置　+　X線制御装置 X線源装置 X線管の構造 ・固定陽極X線管 　陽極が固定された構造 　→　 熱容量が小さい 　歯科用・携帯形などの小容量X線装置に使用され、焦点外X線の発生が少ない ・回転陽極X線管 （73pm6） 　陽極が回転する構造 　→　熱容量が大きい ①ガラスバルブ ：真空の維持、高電圧の絶縁と耐高温性材質 　→　硼珪酸硬質ガラス ②陰極(フィラメント、集束電極) ：加熱電流で高温にして熱電子を発生、熱電子を細いビームに絞る ③ターゲット ：傘形で焦点面の材質はタングステン 　→　 高原子番号、高融点3450℃ ④陽極回転子(ロータ) ：誘導電動機の原理でターゲットを高速回転させる ・格子制御系X線管 　グリッド電極により高電圧型でX線を開閉できる 　コンデンサ式X線装置と組み合わせて使用 　管電流を制御する格子電極をもつ ＊暗電流（67pm5） ：格子電極をすり抜けた熱電子ビームのこと 実焦点と実効焦点　 （7...

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医用工学　計算ドリル

抵抗、コンデンサ、コイル （73pm77,72am75.77pm75,70am76,66.54） 問1 　1種類のキャリアのみを有する半導体の導電率が102S・m-1、移動速度が0.36m2・V-1・s-1であるとき、キャリア濃度［m-3］はいくつか 　ただし、キャリアの電荷を1.6×10-19Cとする 答えキャリア濃度＝102÷（0.36×1.6×10-19） 　　　　　　　　＝1.7×1021［m-3］ 解説　抵抗ではなく半導体だが、例としてよかったので掲載 　問題だけだと何を言っているのかわからない学生が多く、難問になりそうだが、実はそうでもない、という問題 　今回の問題のように、各数字と答えの単位が書いてあり、他に定数を覚えている必要がない場合、出てきている数字の単位（今回であれば3つ）を組み合わせて、答えの単位に合わせるだけで良いので公式等を知らなくても簡単に解けてしまう 　今回の場合はSがオームの逆数なのを知っていれば 　導電率：S・m-1→Ω-1・m-1→A・V-1・m-1 　移動速度：m2・V-1・s-1 　電荷：C→A・s 　なので、導電率を移動速度と電荷で割ればよい...

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