正弦波交流を記述するパラメータ(振幅,角周波数,初期位相)を理解し,必要に応じて平均値,実効値などの値に変換して,回路解析を行なうことができる.
(1)交流電流・電圧のフェーザ表示,複素数表示を用いて,回路解析を行なうことができる
(2)交流電力(皮相電力,有効電力,無効電力)の違いを理解し,回路解析により求めることができる.
概要:
1年生で学習した直流回路の定理や法則を基礎として,交流回路理論の基礎を学習する.上級学年での応用学習に備えるため,正弦波交流の扱い方(瞬時値,平均値,実効値,(角)周波数,位相)や回路に用いられる受動素子(抵抗,キャパシタ,コイル)の(角)周波数に対する性質や働きについて学習する.また,交流回路における電力(皮相電力,有効電力,無効電力)の考え方についても学習する.これらの現象を記述する方法として,ベクトル計算法(フェーザ法)と複素数計算による回路解析の手法を講義する.
授業の進め方・方法:
講義ノートを配布し教科書の内容を補足する形で講義を行う。
例題や練習問題を解くことで理解を深める。
定期試験前には前年度の試験問題の配布と解説を行う。
注意点:
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
ガイダンス |
シラバスの説明,直流回路の復習,正弦波交流と周期について説明できる
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2週 |
正弦波の扱い(1) |
角周波数と位相および位相差,三角関数との対応について説明できる
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3週 |
正弦波の扱い(2) |
正弦波交流の大きさと実効値の考え方について説明できる
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4週 |
回路素子(1) |
交流回路に用いられる受動素子(抵抗,キャパシタ,コイル)について説明できる
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5週 |
抵抗とコイル及び抵抗とキャパシタ |
R-L回路,R-C回路について説明できる
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6週 |
複素数とフェーザ表示の対応 |
複素数とフェーザ表示について説明できる
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7週 |
総合演習(1) |
演習(正弦波と受動素子について)で扱った内容を説明できる
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8週 |
インピーダンスとアドミタンス |
インピーダンスとアドミタンスについて説明できる
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2ndQ |
9週 |
交流回路の計算(1) |
インダクタンス回路,キャパシタンス回路について説明できる
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10週 |
交流回路の計算(2) |
R−L直列回路,R−C直列回路,インピーダンスを用いた計算について説明できる
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11週 |
交流回路の計算(3) |
R−L並列回路,R−C直列回路,アドミタンスを用いた計算について説明できる
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12週 |
交流回路の計算(4) |
各種回路素子の直並列回路の計算について説明できる
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13週 |
総合演習(2) |
演習(複素数と座標について)で扱った内容を説明できる
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14週 |
総合演習(3) |
演習(インピーダンスとアドミタンスについて)で扱った内容を説明できる
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15週 |
前期まとめ |
正弦波:振幅,角周波数,位相,瞬時値,実効値,フェーザ表示と複素数について説明できる
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16週 |
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後期 |
3rdQ |
1週 |
自己インダクタンスと相互インダクタンス |
自己インダクタンスと相互インダクタンスについて説明できる
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2週 |
相互インダクタンスで結合された回路 |
相互インダクタンスで結合された回路について説明できる
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3週 |
相互インダクタンスを含む回路の計算 |
相互インダクタンスを含む回路の計算
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4週 |
交流ブリッジの平衡条件と解析 |
交流ブリッジの平衡条件と解析について説明できる
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5週 |
鳳テブナンの定理と等価回路 |
鳳テブナンの定理と等価回路について説明できる
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6週 |
交流の電力(瞬時電力と平均電力)と力率 |
交流の電力(瞬時電力と平均電力)と力率について説明できる
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7週 |
総合演習(4) |
演習(ブリッジと交流電力)で扱った内容を説明できる
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8週 |
交流回路の諸定理 |
4,5週で取り扱ったブリッジの平衡条件やテブナンの定理を含め,交流回路における回路の諸定理(重ねの理,ノートンの定理,電圧源-電流限変換,Y-Δ変換)を説明できる。
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4thQ |
9週 |
ベクトル軌跡(1) |
虚数部が一定の場合,実数部が一定の場合,周波数特性について説明できる
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10週 |
ベクトル軌跡(2) |
アドミタンス(インピーダンスの逆数)の軌跡について説明できる
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11週 |
直列共振 |
共振周波数とアドミタンスについて説明できる
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12週 |
総合演習(5) |
演習(相互インダクタンスについて)で扱った内容を説明できる
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13週 |
総合演習(6) |
演習(ベクトル軌跡について)で扱った内容を説明できる
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14週 |
総合演習(7) |
演習(直列共振について)で扱った内容を説明できる
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15週 |
総括 |
一年間の内容を説明できる
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16週 |
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分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
基礎的能力 | 数学 | 数学 | 数学 | 整式の加減乗除の計算や、式の展開ができる。 | 3 | 前1 |
因数定理等を利用して、4次までの簡単な整式の因数分解ができる。 | 3 | 前14 |
分数式の加減乗除の計算ができる。 | 3 | 前1,前8 |
実数・絶対値の意味を理解し、絶対値の簡単な計算ができる。 | 3 | 前6 |
平方根の基本的な計算ができる(分母の有理化も含む)。 | 3 | 前11 |
複素数の相等を理解し、その加減乗除の計算ができる。 | 3 | 前6 |
解の公式等を利用して、2次方程式を解くことができる。 | 3 | 前14 |
無理方程式・分数方程式を解くことができる。 | 3 | |
1次不等式や2次不等式を解くことができる。 | 3 | 前14 |
恒等式と方程式の違いを区別できる。 | 3 | 後4 |
2次関数の性質を理解し、グラフをかくことができ、最大値・最小値を求めることができる。 | 3 | 前1 |
分数関数や無理関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。 | 3 | 前14 |
指数関数を含む簡単な方程式を解くことができる。 | 3 | |
対数の意味を理解し、対数を利用した計算ができる。 | 3 | |
対数関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。 | 3 | |
対数関数を含む簡単な方程式を解くことができる。 | 3 | |
簡単な場合について、円の方程式を求めることができる。 | 3 | |
行列の定義を理解し、行列の和・差・スカラーとの積、行列の積を求めることができる。 | 2 | 前1 |
行列式の定義および性質を理解し、基本的な行列式の値を求めることができる。 | 2 | 前1 |
合成変換や逆変換を表す行列を求めることができる。 | 2 | 前1 |
簡単な場合について、関数の極限を求めることができる。 | 3 | 前15 |
微分係数の意味や、導関数の定義を理解し、導関数を求めることができる。 | 3 | 前15 |
積・商の導関数の公式を用いて、導関数を求めることがができる。 | 3 | 前1 |
三角関数・指数関数・対数関数の導関数を求めることができる。 | 3 | 前1 |
不定積分の定義を理解し、簡単な不定積分を求めることができる。 | 3 | 前8 |
自然科学 | 物理 | 電気 | オームの法則から、電圧、電流、抵抗に関する計算ができる。 | 3 | 前1 |
抵抗を直列接続、及び並列接続したときの合成抵抗の値を求めることができる。 | 3 | 前1 |
ジュール熱や電力を求めることができる。 | 3 | 前1 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 正弦波交流の特徴を説明し、周波数や位相などを計算できる。 | 2 | 前2 |
平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 4 | 前3 |
正弦波交流のフェーザ表示を説明できる。 | 2 | 前6 |
R、L、C素子における正弦波電圧と電流の関係を説明できる。 | 2 | 前4,前5,前8 |
瞬時値を用いて、交流回路の計算ができる。 | 2 | 前9 |
フェーザ表示を用いて、交流回路の計算ができる。 | 2 | 前12 |
インピーダンスとアドミタンスを説明し、これらを計算できる。 | 2 | 前8,前10,前11 |
キルヒホッフの法則を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | 前14 |
合成インピーダンスや分圧・分流の考え方を用いて、交流回路の計算ができる。 | 2 | 前14 |
直列共振回路と並列共振回路の計算ができる。 | 2 | |
交流電力と力率を説明し、これらを計算できる。 | 2 | 後6,後7 |
網目電流法を用いて回路の計算ができる。 | 4 | 前1 |
テブナンの定理を回路の計算に用いることができる。 | 3 | 前1 |
電磁気 | 静電容量を説明でき、平行平板コンデンサ等の静電容量を計算できる。 | 3 | 前4 |
コンデンサの直列接続、並列接続を説明し、その合成静電容量を計算できる。 | 3 | 前4 |