都庁電気職の電磁気学

みなさんこんにちは!合格アドバイザーの大上です
都庁を目指しているみなさんは,試験日まで1ヶ月を切りましたね

今日は都庁の専門記述(電気)について書きます
需要あるといいな…

数ある専門科目の中で、特に今年出そうなのが「電磁気学」です。
電磁気学は電気の主要科目にも関わらず,昨年の都庁IBで出題がなかったので,
今年出る確率はかなり高いと思います。

以下に出題頻度の高いものから順に挙げていきます。解答も載せようと思ったのですが,
電検3種の過去問の方に類似問題が載っていたので,解説も含めそちらをご覧ください。

①「クーロンの法則」
問題用紙に点電荷が複数書いてあって,点電荷間に働く力を求めたい時に使う法則です。
点電荷が一直線上にある場合はそのまま公式を使って大丈夫です。もし3個以上あって2次元に配置されている場合,
x軸方向とy軸方向の力を別々に求める必要があります。
いずれの場合も電荷の符号と、力の向きに気をつけてください。

(1)一直線上に点電荷2つ 符号が同じ
クーロンの法則1


(2)一直線上に点電荷3つ 符号が同じ
クーロンの法則2


(3)一直線上に点電荷3つ 符号が異なる
クーロンの法則3


(4)正方形の各頂点におかれた点電荷
クーロンの法則4


(5)正三角形の各頂点におかれた点電荷
クーロンの法則5


(6)正四面体の各頂点におかれた点電荷
クーロンの法則6


②「ガウスの法則」
点電荷からr[m]離れた点の電界(電場)を求めよ。(ここで電界が求まると電位も求めることができる。)

ガウスの法則は積分の形をとるので,きれいな(対称性のある)形の導体でしか求められません。
よく出題されているのは,

点電荷,球,円柱,平行平板

です。

このあたりは,簡単な計算問題のためそのまま出題してもすぐに解けてしまいます。
そのため,少し難易度を上げるために誘電率の異なる導体(もしくは空気)が導体内に挟まっていたりします。


③「アンペアの周回積分則」
ビオサバールの法則から導くことができる法則で,積文形なのが特徴です。
無限長の導体の磁界を求めることができます。

(7)無限に長い直線上の導体に電流I [A]が流れるとき、導体からr[m]の点Pの磁界を求めよ。
アンペアの法則



④「ビオサバールの法則」
アンペアの周回積分の法則を微分形で表した法則です。
有限長の導体の磁界を求めることができます。

(8)有限長の直線状導体に電流I [A]が流れる時、点Pの磁界を求めよ。
ビオサバールの法則



以上で挙げた4つの法則はとても重要ですので,簡単な計算問題は絶対に押さえておきましょう
(ただビオサバールが比較的難しいかなと思います。試験でもあまりでないので飛ばしてもいいかも)

大体こういった語句説明系では,1つの問題が小問(1),(2),(3)で構成されています
そして(3)の計算問題を,(1)で説明した定理や法則で解く事が多いです

あとは主にガウスの法則の所で,静電容量を求めよ。とか点Pの電位を求めよ。とか
遠まわしに聞いてくる問題もあるので,よく確認しておいてください
同様に,磁界を求めるところ(アンペアとビオサバール)では磁気エネルギーや自己インダクタンスを
問われることも多いので,公式をチェックしておいてください。知っていれば瞬殺です!



あと,安心していただきたいのですが,例えば「マクスウェル方程式」
などの計算が複雑で問題にしづらいものは絶対に出ないです

電磁気学は,物理が嫌いなわたしでも,パターン化することで得意科目にすることができました。
みなさんも是非,電磁気学を専門の得意分野にしてくださいね。

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