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。
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要点
正解は(2)。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。\( i=0 \)、\( v_r=0 \)。
詳細解説
正解は(2)です。
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。
波形図では、スイッチ投入直後と十分時間が経過した後の値を読むのが決め手です。RL回路では電流が0から増加しコイル電圧が減衰し、RC回路ではコンデンサ電圧が0から電源電圧へ近づくため、初期値と最終値で候補を落とせます。
