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第一種電気工事士・科目別学習

電気応用

読了目安: 3分

この科目で問われること

「電気応用」は、照明、電熱及び電動機応用の3分野を扱う科目だ。電気技術者試験センターが定める出題範囲の正式名称にこの科目が明記されているとおり、第二種電気工事士の学科7科目には存在しない、第一種で新たに加わる科目になる。

第二種でも照明器具や電動機を使った配線工事は出題されるが、それは「配線図や施工方法の一部」として扱われるにとどまり、照明・電熱・電動機そのものの仕組みや特性を体系立てて問う科目は用意されていない。第一種の「電気応用」は、ビル・工場で使われる大型の照明設備、電熱設備、電動機(モーター)の動作原理や特性を扱う点で、第二種の学習範囲には無かった領域になる。

自家用電気工作物の現場では、住宅用の器具より大きな容量の照明・電熱・動力設備を扱う場面が増える。この科目は、そうした設備を安全に選定・施工するための基礎知識にあたる。

このサイトでは、照明(光束・光度・照度・輝度の定義、距離の逆2乗の法則・入射角余弦の法則、光束法による平均照度計算、光源の種類と発光原理)、電熱(ジュールの法則と5つの加熱方式、ヒートポンプの成績係数COP)、電動機応用(同期速度とすべり、速度制御と所要出力の計算)という3分野・8トピックでこの科目を解説している。

トピック一覧(10個)

1トピック数分で読めるミニレッスン+理解度チェック。順番に進めよう。

  1. 1 光束・光度・照度・輝度 — 明るさを測る4つの物差し 光束・光度・照度・輝度という4つの単位の違いと定義。演色性・色温度という「色」に関する2つの指標も合わせて整理する。 電球売り場の棚に並ぶ『650lm』『7W』『Ra83』『5000K』という数字が、明るさ・電気代・色の自然さ・色みという4つの別々の情報だと見分けられるようになる 未着手
  2. 2 距離の逆2乗の法則と入射角余弦の法則 点光源からの距離と角度によって照度がどう変わるかを表す2つの法則。どちらも幾何学から自力で導ける。 机の上が思ったより暗い・明るいと感じたとき、その原因を『照明の性能』ではなく光源からの距離と角度という2つの数字で説明できるようになる 未着手
  3. 3 光束法による平均照度計算 — 照明率と保守率は設計値 部屋全体の平均照度を求める光束法の式E=FNUM/Aと、そこに含まれる照明率U・保守率Mの意味。どちらも一意に決まらない設計値であることを区別する。 同じ広さ・同じ本数の照明なのに片方だけ妙に暗い部屋の理由を、天井の高さと器具の汚れ具合という2つの『見えない設計値』から言い当てられるようになる 未着手
  4. 4 光源の種類と発光原理 — 効率と演色性はトレードオフになる 白熱電球・蛍光ランプ・HIDランプ・LEDの発光原理と特性。効率が高い光源ほど演色性が犠牲になりやすい関係を整理する。 トンネルの照明がオレンジ色で、体育館やコンビニの照明が白いという違いを、単なる好みではなく『発光の原理』の違いとして説明できるようになる 未着手
  5. 5 ジュールの法則と5つの加熱方式 — 何を、どう発熱させているか 電気で物を熱くする仕組みをジュールの法則から整理し、抵抗・誘導・誘電・アーク・赤外線の5方式の原理と用途の違いを見る。 IHコンロが鍋だけを熱くし、電子レンジが食品だけを熱くするという2つの『不思議な加熱』を、別々の原理として説明できるようになる 未着手
  6. 6 ヒートポンプの成績係数COP — 熱を作らず「運ぶ」から1を超える ヒートポンプの成績係数COPが電熱器と違って1を超える理由を、逆カルノーサイクルの理論式から見る。冷媒にCO2を使うエコキュートの仕組みも扱う。 同じ1kWの電気を使うのに、エアコンの部屋がすぐ暖まり電気ストーブの部屋がなかなか暖まらない理由を、エネルギー保存則を疑うことなく説明できるようになる 未着手
  7. 7 同期速度とすべり — モータの回転数は周波数が決めている 三相誘導電動機の同期速度Ns=120f/pとすべりsの意味。回転磁界に少し遅れて回るという誘導電動機の基本構造を扱う(始動方式そのものは既存トピックで扱い済み)。 工場の機械を東日本から西日本へ引っ越したときにモータの回転が速くなる、という現象を電源周波数の数字だけで説明できるようになる 未着手
  8. 8 電動機の速度制御と所要出力の計算 — 回転数を2割落とすと動力は半分になる インバータによる速度制御(V/f一定制御)の考え方と、揚水ポンプ・巻上機・送風機の所要出力の計算式。回転数と動力が3乗則で結びつく理由を見る。 工場の換気ファンをインバータでほんの少し弱めただけで電気代が大きく下がる、という一見不釣り合いな現象を、1つの指数計算で説明できるようになる 未着手
  9. 9 パワーエレクトロニクスの基礎 — 電気を「切り刻んで」制御する 調光器はなぜ熱くならずに電球を暗くできるのか。ダイオード・サイリスタ・トライアック・IGBTを「制御できる度合い」の階段で並べ、サイリスタ位相制御の波形と高調波の正体までつなげる。 調光器のつまみや電熱器の温度調節が、抵抗で電力を捨てる装置ではなく、交流波形を切り刻んで通電時間を削る装置に見えてくる。 未着手
  10. 10 トップランナー方式の電動機 — 「同じ出力の新品」に替えたのに現場が変わる理由 省エネ法のトップランナー制度により、三相誘導電動機にはIE3相当の効率基準が課されている。制度の対象範囲と、高効率モータへ更新するときに現場で起きる変化(回転速度・始動電流・寸法)を扱う。 モータを『同じ出力の新品』に交換しただけでブレーカが飛んだり電流が増えたりする現象を、故障や不良品ではなく、制度と物理の当然の帰結として説明できるようになる 未着手

参考文献・出典

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