重ね合わせの理とは

かさねあわせのり

複数の電源を含む線形回路の電圧や電流は、電源を1つずつ働かせ、ほかの独立電源を0にした(電圧源は短絡、電流源は開放)ときの結果の和に等しいという性質。回路が線形であることから成り立つので、電流の2乗に比例する電力には直接使えない。従属電源は0にせず、回路の一部として残す。

「重ね合わせの理」は、2分野の5問の練習問題に出てきます(回路解析(交流回路・線形回路・過渡現象), 電気回路・電磁気の基礎など)。

この用語の分野: 回路解析(交流回路・線形回路・過渡現象)

重ね合わせの理の練習問題に挑戦

2つの電源を含む線形回路で、重ね合わせの理を使い、電源を1つずつ働かせた結果を足し合わせて求めることができないものはどれか。

  1. A抵抗で消費される電力
  2. B抵抗に流れる電流
  3. C節点の電圧
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正解:A. 抵抗で消費される電力

重ね合わせの理は、電圧や電流が電源に比例する(線形である)ことから成り立ちます。電力は電流の2乗に比例するので、電源ごとの電力を足しても正しくありません。例えば1 Ωの抵抗に、一方の電源で1 A、他方で2 Aが同じ向きに流れるとき、正しい電力は (1 + 2)² × 1 = 9 W ですが、電力を別々に足すと 1 + 4 = 5 W になってしまいます。電力を求めるときは、重ね合わせで電流を求めてから2乗します。

解説の中の「重ね合わせの理」

「重ね合わせの理」が出てくる問題(5問)

  1. 2つの電源を含む線形回路で、重ね合わせの理を使い、電源を1つずつ働かせた結果を足し合わせて求めることができないものはどれか。
  2. 起電力10 Vの電圧源V1が抵抗R1 = 10 Ωを通して節点Aに、起電力5 Vの電圧源V2が抵抗R2 = 10 Ωを通して同じ節点Aに接続され、節点Aとグラウンドの間に抵抗R3 = 10 Ωがある。2つの電圧源の負極はグラウンドにつながっている。節点Aの電圧はいくらか。
  3. 図の回路で、E = 12 V、R1 = 4 Ω、R2 = 12 Ω、電流源 J = 2 A(節点Aへ流れ込む向き)である。グラウンドを基準とした節点Aの電圧 VA はどれか。
  4. 図の回路で、E = 12 V、R1 = 4 Ω、R2 = 12 Ω、J = 2 A である。R1 に流れる電流の大きさと向きとして正しいものはどれか。
  5. 2つの直流電圧源 E1、E2 だけを電源とする線形の抵抗回路で、ある抵抗の電圧 Vo を測った。E1 = 1 V、E2 = 0 V のとき Vo = 2 V、E1 = 0 V、E2 = 1 V のとき Vo = −1 V であった。E1 = 3 V、E2 = 2 V のときの Vo はどれか。

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