問題文
図のように、直流電圧 \( E \) [V] の電源、抵抗 \( R \) [\( \Omega \)] の抵抗器、インダクタンス \( L \) [H] のコイルまたは静電容量 \( C \) [F] のコンデンサ、スイッチSからなる2種類の回路（RL回路、RC回路）がある。各回路において、時刻 \( t=0 \) s でスイッチSを閉じたとき、回路を流れる電流 \( i \) [A]、抵抗の端子電圧 \( v_r \) [V]、コイルの端子電圧 \( v_l \) [V]、コンデンサの端子電圧 \( v_c \) [V]の波形の組合せを示す図として、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
ただし、電源の内部インピーダンス及びコンデンサの初期電荷は零とする。
図はタップで拡大できます。
選択肢
過渡現象の基本特性を確認します。
* **RL回路**:
* スイッチON直後、コイルは電流変化を妨げるため開放（オープン）として振る舞います。\( i=0 \)、\( v_r=0 \)。KVLより \( v_l = E \)。
* 定常状態ではコイルは短絡とみなせます。\( i=E/R \)、\( v_r=E \)、\( v_l=0 \)。
* よって、\( i \) と \( v_r \) は0から立ち上がり、\( v_l \) は \( E \) から0へ減少します。
* **RC回路**:
* スイッチON直後、コンデンサは電圧差0のため短絡（ショート）として振る舞います。\( i=E/R \)、\( v_r=E \)。KVLより \( v_c = 0 \)。
* 定常状態ではコンデンサは充電され開放となります。\( i=0 \)、\( v_r=0 \)、\( v_c=E \)。
* よって、\( i \) と \( v_r \) は最大値から0へ減少し、\( v_c \) は0から \( E \) へ立ち上がります。
この組み合わせと合致するのは選択肢(2)です。
(2)の図：
RL回路: \( i \)上昇, \( v_r \)上昇, \( v_l \)下降(初期値E)。
RC回路: \( i \)下降(初期値E/R), \( v_r \)下降(初期値E), \( v_c \)上昇。