電流計の内部抵抗は何が原因になっているのですか。

A 回答 (4件)

電流計は被測定系に直列に接続される関係から、極力内部抵抗を小さくされる必要が


あるのは質問者さんも承知の事項と思います。

原理は電圧計と同じですので、流れる電流量で可動コイルが反発力でメータを振らせ
ますからこのコイルの巻き線抵抗が内部抵抗となります。
*ちなみに、電流計の巻き線は太めにして内部抵抗を低くする工夫はされています。

簡単な説明サイト
http://wpedia.goo.ne.jp/wiki/%E9%9B%BB%E6%B5%81% …
 
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この回答へのお礼

よくわかりました

お礼日時:2009/05/13 21:10

最近のディジタル電流計なら、電流を電位差で測りますから、電位差を出すために微少な抵抗を、あえて入れます。


アナログのメーターならNo2さんの回答のように巻線抵抗が内部抵抗ですね。
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この回答へのお礼

なるほど!

お礼日時:2009/05/13 21:08

針を動かすという仕事をします


針を使わなくても外部に何らかの情報を出力するのだから仕事をすることに変わりはありません
仕事に使われたエネルギー損失があるからです
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この回答へのお礼

仕事ですね

お礼日時:2009/05/13 21:09

内部抵抗がゼロだとパワーを消費することが出来ず、電流計の針を動かすことが出来ないからです。

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この回答へのお礼

針を動かすことに必要なんですね

お礼日時:2009/05/13 21:11

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あと、その誤差が原因で何か困る事はあるのでしょうか?
教えてください。

Aベストアンサー

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Q可動コイル形電流計電圧計の内部抵抗の測定について

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-----------------
|     |      |
|     |       RL
↑E   M1     |
|     |       |
|     |      M2
|     |       |
-----------------
M1…測定用電圧計
M2…被測定用電圧計or電流計
RL…外部抵抗
E…電源

Aベストアンサー

ヒステリシス特性の直線部分を使うために、1/2の部分が適切だからでしょう。
また、この部分の誤差を最小にするのが目的でもあります。

ヒステリシス特性がどの範囲でも直線ならば流す電流は特に指定する必要は無いと考えます。

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電流計と抵抗を直列につなぐと、電流計に流れる電流と抵抗に流れる電流は等しいので、

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となります。

一方、電流計を、抵抗と並列に接続した場合は、電流は抵抗と電流計に分かれて流れます。つまり、

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となります。電流計は、自分自身に流れる電流を表示するようになっているのだから、この場合は抵抗に流れる電流を示しません。また、電流計をつなぐことによって、全体の電流が増加したり、抵抗に流れる電流が減少したりして、回路を乱すことになります。

もちろん、直列につなぐことも回路を乱しているのですが、電流計は直列につないだときの影響が少なくなるように、内部抵抗を小さく作ってあります。内部抵抗が小さいということは、並列につないだときは大きな電流が流れ、逆に回路を大きく乱すことになります。また、他の方の指摘にあるように電流計が壊れる危険があります。

ただ、「電流計が壊れるから並列につないではいけない」というのが直列につなぐ理由ではなくて、上に書いたように並列につないだのでは抵抗に流れる電流を測定したことにはならないというのが理由です。

電流計は、自分自身に流れる電流を表示するようになっています。

電流計と抵抗を直列につなぐと、電流計に流れる電流と抵抗に流れる電流は等しいので、

  電流計の示す電流=抵抗に流れる電流

となります。

一方、電流計を、抵抗と並列に接続した場合は、電流は抵抗と電流計に分かれて流れます。つまり、

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Q電圧計・電流計についてですが

 実験をした際、15V定格の電圧計を用いたのですが、5Vや10Vぐらいを最初測定していました。そうすると誤差が大きくなりました。でも測定しました。そうすると多少誤差が小さくなりました。
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Aベストアンサー

本当です。

理由は、実は2つあります。


1つ目。

目盛りの幅を10倍に広げると、読み取り誤差は、誤差論により、√10分の1、つまり、3分の1ぐらいになります。

2つ目。

電圧計は、内部抵抗が大きいほど、正確に電圧を測ることが出来ます。
そして、大きい電圧を測るときほど、内部抵抗を大きくすることが出来ます。

電圧計は、回路と並列つなぎなので、内部抵抗が大きいほど、電圧計に流れる電流成分が小さくなります。
よって、
回路の特性や電源の特性が、回路に流れる電流の値に依存してしまうケースでは、電圧計の内部抵抗が大きいほうが良いのです。
「ケース」と書きましたが、世の中の現実の回路では、大概、回路と電源のいずれか一方若しくは両方が電流値に依存してしまっています。

(電流計は、逆に、内部抵抗が小さいほうが良いです。)

電圧計の実例は下記。
http://www.rlc.gr.jp/project/denki/tester/dc_v/dcv.htm

---------

ちなみに、

jun-loveさんにとっては、私という人物は初対面だと思いますが、
私は、jun-loveさんというお名前には、本日(正確には、昨日夕方)、2度お会いしました。

なぜかと言いますと、

jun-loveさんが質問された2件の質問に関して、それぞれ、本質をきちんと説明し、かつ、それを分かりやすく書くために、構想を練りに練って、それぞれ1時間と2時間、合計約3時間をかけてエディタで回答文を作成していたところ、
2度とも回答ウィンドウを開いて(←ここまでは出来ました)、そして、エディタから回答ウィンドウにコピペして、誤字脱字がないかをざざっと確認した後、投稿ボタンを押したら、

なんと!

ついさっき回答ウィンドウを開いたばかりなのに、投稿ボタンを押す一瞬前にjun-loveさんに締め切られてしまったからです!
(笑)

私自身、ボランティア的に回答していることもあり、また、ポイント獲得が目的でなく質問者さんや世の中に貢献するつもりで回答活動をしていることもありますので、感情的には全然気にしていません。

また、
左の私の名前をクリックして私のプロフィールを見ると分かりますが、今回のようなことは何十回も経験しています。
・・・さすがに、同じ質問者さんで1日に2度というのは、あまりにも偶然過ぎて、今まで経験ないですが。(笑)



まー、せっかくですので、下記に、前回・前々回のご質問への私の回答(になるはずだった文章)を、下に貼っておきます。

私が見たところ、jun-loveさんが締め切るまでに寄せられた回答には、きちんとした正解は無く、しかも、それでもってjun-loveさんが納得されてしまっていたように思います。
(jun-loveさん、回答者さん達に失礼なことを申し上げて、ごめんなさい。)

ぜひ、下記を読んでみてください。

/sanori



--------------------------

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2135129

8.82という数字、すなわち、3桁を計測できる電圧計で1%以上もの差が生じているというのは、結構大きな差です。

もしも、電池の特性のばらつきや、測定系の誤差でないとすれば、
この現象には、明快な理由があります。

電池や電圧計には、内部抵抗があります。

1.5V電池と6V電池とでは内部抵抗が違いますが、
簡単のため、6V電池は、1.5V電池を4個直列したものと同じとします。

1.5V電池の内部抵抗をr
電圧計の内部抵抗をR
と置きます。

電池を直列して9Vにして、そのプラスとマイナスを、抵抗無限小の導線で短絡したときのオームの法則は、
9 = 6r×理想的な電流
これは、電池1個の時もまったく同じ式になり、
1.5 = r×理想的な電流
です。

ここで、「理想的」というのは、電池の内部抵抗はあるけれども電圧計の抵抗はゼロということです。

ところが、
抵抗無限小の導線ではなく、電圧計のプラスとマイナスを電池のプラスとマイナスにつなげば、オームの法則は、
1.5 = (r+R)×実際の電流その1  (ア)
9 = (6r+R)×実際の電流その2   (イ)

書き直せば、

実際の電流その1 = 1.5/(r+R) (ア)’

実際の電流その2 = 9/(6r+R)
 = 1.5/(r + R/4)  (イ)’

さて、
電圧計で測定される電圧というのは、抵抗Rの両端にかかる電圧です。
これのオームの法則は、
測定された電圧その1 = R × 実際の電流その1  (ウ)
測定された電圧その2 = R × 実際の電流その2  (エ)

(ウ)に(ア)を代入すれば、

測定された電圧その1 = R × 1.5/(r+R)  (ウ)’
これは、
測定された電圧その2 = 1.5/(r/R +1)  (ウ)”
とも書けます。

同様に、(エ)に(イ)’を代入すれば、

測定された電圧その2 = R × 1.5/(r+R/4) (エ)’
これは、
測定された電圧その2 = 1.5/(r/R + 1/4)  (エ)”
とも書けます。



では、ここから、2つの「極端なケース」を考えます。

1つめの極端。
仮に、電池の内部抵抗rは、電圧計の内部抵抗Rに比べて非常に小さいと仮定しましょう。
つまり、
r<<R
と仮定します。
すると、(ウ)”と(エ)”より、

測定された電圧その1 ≒ 1.5/(0+1) = 1.5
測定された電圧その2 ≒ 1.5/(0+1/4) = 9

つまり、
r<<R であれば、真の電圧が4倍になれば、測定値もちゃんと4倍になります。


2つめの極端。
仮に、電圧計の内部抵抗Rは、電池の内部抵抗rに比べて非常に小さいと仮定しましょう。
つまり。
r>>R
と仮定します。
すると、(ウ)’と(エ)’より、

測定された電圧1 ≒ R × 1.5/(r+0) = 1.5R/r
測定された電圧2 ≒ R × 1.5/(r+0) = 1.5R/r

つまり、
r>>R であれば、真の電圧が4倍になろうが何倍になろうが、測定値は変わらなくなってしまいます。



要するに、
質問者さんが今回遭遇した現象は、測定値や真の電池の特性に1%もの誤差があまりないとすれば、
上記の「2つの極端」の中間の状況になっています。
すなわち、
「電池の内部抵抗が、電圧計の内部抵抗に比べて無視できるほど小さくない」
です。


なお、
電圧計の測定レンジを変えると、Rの値は変わると思います。








--------------------------

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru_reply.php3?q=2136683

簡単に説明しましょうか。

抵抗Rの電球1個なら、
V=Ri
だから、ワット(時間当たりエネルギー)は、
Vi=V^2/R
明るさはワットに比例しますから、
明るさ(の合計)は抵抗R(の合計)に反比例します。


まず、最も簡単な例から。
同じ電球を2個直列します。
抵抗は2Rになるので、合計の明るさは2分の1。
つまり、2個つなげると、明るくなるどころか、2個を合計しても明るさ半減です。
つまり、1個当たりの明るさは4分の1です。




では、本題。(=複雑な話)

30Wの電球の抵抗をRと置けば、
60W電球の抵抗はR/2、
100W電球の抵抗は、3R/10

直列つなぎしたら、合計の抵抗は、
R + R/2 + 3R/10
 = (10+5+3)R/10
 = R×9/5

ですから、上述の考え方により、合計の明るさは、Rの係数の逆数の、5/9 になります。
つまり、30Wの電球1個だけのときの明るさの半減近くの9分の5が、3つの電球の合計の明るさになります。


次に、
各々の電球にかかっている電圧を求めます。
直列つなぎなので、3つとも電流は同じです。
ということは、
電球の両端にかかっている電圧は、電球の抵抗に比例します。

電流をiと置けば、

30W電球にかかる電圧=Ri
60W電球にかかる電圧=Ri/2
100W電球にかかる電圧=3Ri/10

この3つの合計が電源電圧(V)なので、
V=Ri(1+1/2+3/10)
 =Ri×9/5

よって、
i=V/R×5/9

だから、
30W電球にかかる電圧=V×5/9
60W電球にかかる電圧=V×5/9/2
100W電球にかかる電圧=V×5/9×3/10

ワットは、電圧×電流なので、
30W電球のワット=V×5/9×i
 =(5/9)^2×V^2/R
60W電球のワット=(5/9/2)^2×V^2/R
100W電球のワット=(5/9×3/10)^2×V^2/R


明るさはワットに比例しますが、
直列つなぎしていない、30W電球単独のワット数は、
V^2/R
です。
(↑これが分からない場合は、最初から読み直してください。)


ですから、
30W電球単独の明るさをLと置けば、
直列つなぎしたときの各々の明るさは、

【直列つなぎ後】
30W電球の明るさ =(5/9)^2×L
 = 25÷81×L
 = Lの31%
60W電球の明るさ =(5/9/2)^2×L
 = 25÷81÷4×L
 = Lの7.7%
100W電球の明るさ =(5/9×3/10)^2×L
 =(1/3/2)^2×L
 = 1÷9÷4×L
 = Lの2.8%

つまり、
100W電球は点灯していないのではなく、
30W電球単独の明るさの2.8%の明るさで光っています。


ただし、
白熱電球の色は、明るければ明るいほど青っぽい白になり、そこから暗くなるにしたがって、だんだん、黄色~赤になっていき、最後には赤外線になります。
つまり、
物理的には2.8%の光であっても、赤外領域の光をたくさん含んでおり、しかも、赤い光は、黄色や青に比べて人間には暗く見えるので、さらに暗く見えます。
したがって、2.8%よりも暗く見えます。


つまり、
白熱電球が蛍光灯に比べて、何故、効率が悪いのかというと、

電熱線として見れば、どちらもまったく同じ効率なのです。
(光が壁など当たって熱に変わることを合計すれば、正確に同じ熱量になります。)

しかし、人間の目に見えない赤外線、遠赤外線が沢山出るから、「照明器具としては効率が悪い」わけです。

本当です。

理由は、実は2つあります。


1つ目。

目盛りの幅を10倍に広げると、読み取り誤差は、誤差論により、√10分の1、つまり、3分の1ぐらいになります。

2つ目。

電圧計は、内部抵抗が大きいほど、正確に電圧を測ることが出来ます。
そして、大きい電圧を測るときほど、内部抵抗を大きくすることが出来ます。

電圧計は、回路と並列つなぎなので、内部抵抗が大きいほど、電圧計に流れる電流成分が小さくなります。
よって、
回路の特性や電源の特性が、回路に流れる電流の値に...続きを読む

Q電圧計は並列にして内部抵抗をおおきくすることが望ましいらしいですが、 どちにしろ内部抵抗が大きくても

電圧計は並列にして内部抵抗をおおきくすることが望ましいらしいですが、
どちにしろ内部抵抗が大きくても電圧は同じになりませんか?
図のようになりませんか?

Aベストアンサー

電圧計はその+端子とー端子の間の電位差を指す装置です。ですからこの回路図だと、この電圧計は5Ωの抵抗の両端にかかっている電圧を正しく表示します。もし図のように電池の電圧がちゃんと10Vであれば、図の電圧計は10Vを示します。しかし、定格電圧10Vと表記されている電池は必ず10Vをキープするとは限らないのです。10Vと表記されている電池は電流が流れていないときに10Vであるという意味です。一般的に、電池は電流が流れるとそれに比例して電圧が低下します。(これは電池の内部抵抗によるものです。電池の内部抵抗が0Ωなら電圧は低下しません。)図のような回路では電流計の中を5A流れますので電池の中は7Aも流れてしまい10Vをキープできないでしょう。しかし、もし電流計の内部抵抗が大きくなればそれだけ電流が流れにくくなります。電圧計を流れる電流が小さくなれば、電池を流れる電流は2Aに近くなるのです。ですが、回路を流れる電流は存在するわけですから電池の電圧はやっぱり10Vを維持できないので、例え内部抵抗が無限大の電圧計であっても、図の5Ωの抵抗にかかる電圧は10Vより低い値を指します。
まとめ:電圧計を回路に接続することによって、回路を流れる電流が増加し、それによって電源電圧が低下する。その影響を少なくするには、電流計の内部抵抗が大きい(電流計の中を流れる電流を極力少なくする)ほど良いということです。

電圧計はその+端子とー端子の間の電位差を指す装置です。ですからこの回路図だと、この電圧計は5Ωの抵抗の両端にかかっている電圧を正しく表示します。もし図のように電池の電圧がちゃんと10Vであれば、図の電圧計は10Vを示します。しかし、定格電圧10Vと表記されている電池は必ず10Vをキープするとは限らないのです。10Vと表記されている電池は電流が流れていないときに10Vであるという意味です。一般的に、電池は電流が流れるとそれに比例して電圧が低下します。(これは電池の内部抵抗によるものです。電池の...続きを読む

QCdsセルの動作原理について

フォトダイオードやフォトトランジスタ、Cdsセルについて調べているのですが、Cdsセルの動作原理がよく分からないのです。
もしよろしければ、このことについて詳しく説明してください。
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Aベストアンサー

CdSは半導体の一つです。
半導体とは、通常「伝導帯」には電子が無く「価電子帯」にのみ電子が存在します。
そのため、抵抗が大きいのです。
しかし、光が入ると電子は励起されて伝導帯にうつり、固体の中を自由に動き回れます。
これにより、電気抵抗値が下がるのです。

更に詳しい説明が欲しいのであれば参考URLをご覧下さい。

参考URL:http://um.phys.konan-u.ac.jp/edu/smcnbg.html#半導体と光の相互作用

Q磁石が持つ磁界の強さの定量的な測定方法(機械を用いない方法)

途上国で理科を教えている友人から、
以下のメールが来ました。

私は物理を学んだことはあったのですが、
答えられずに困っています。

どうか、みなさんのお力をお貸し下さい。

以下、友人からのメールです。

「磁石の周りの磁界の強さを定量的に測りたいのですが、
機械を使わず測定できる方法は知りませんか?
日本では磁界の強さを測るセンサが売っていると聞いたのですが、
途上国ではそのような機械はなくて。
もしよろしければ、手作りで作れる実験器具などを用いて、
数値として計測できる方法を
ご存じでしたら教えて下さい。」

Aベストアンサー

磁界の強さを測るセンサというのはガウスメーターみたいなものですよね。測定子は数百円で売っているものですしガウスメーター自体を自作してしまうことも可能なわけで...「手作りで作れる実験器具」というのにどこまで含んでいいのかが分からないのですし、どれくらいの年齢が対象の理科なのかにもよりますので、素人考えでの測定方法を。

・クリップや砂鉄をどのくらいの量持ち上げることができるかで測定
 そんなの小学生レベルじゃん!とか言いたくなるかもしれませんね。しかし砂鉄の量をきちんと計量すれば数値化はできますし、そうすれば相対的な強さは求めることができるかと思います。
 また紙の下に磁石、紙の上に砂鉄を置いて、紙をトントンたたき磁力線を目で見える状態にしてその大きさを記録するような使い方ができるかもしれません。
 ほかにもパイプの中に鉄球を入れてパイプの外に置いた磁石でそれを固定します。そしてパイプを傾けて何度のところで鉄球が転がってしまうかとかでもいいかもしれません。
 これらの場合は相当な測定誤差が出ると思いますが


・電磁石を使う方法
 磁石と電気を通している電磁石をくっつけます。そして電磁石が下になるように磁石を持ち上げてから少しずつ電磁石にかける電圧を下げます。そして電磁石が落ちたときの電圧を測定。
 この方法の難点は電磁石に電気を通さなくても磁石にくっついてしまい、そのままで落ちないことがある点。
 磁石を吊るし型のばねばかりに固定して、その下に置いた電磁石でひっぱって、"○○gの力にするには何ボルト必要"のように測るのもいいかもしれません。


・電磁誘導を使う方法
 #2さんの方法です。電流が流れるのは一瞬ですのでメーターはアナログ式の方がいいです。また磁石を動かす速さによって電圧が変わりますので一定の高さから落とすようにするといいと思います。

磁界の強さを測るセンサというのはガウスメーターみたいなものですよね。測定子は数百円で売っているものですしガウスメーター自体を自作してしまうことも可能なわけで...「手作りで作れる実験器具」というのにどこまで含んでいいのかが分からないのですし、どれくらいの年齢が対象の理科なのかにもよりますので、素人考えでの測定方法を。

・クリップや砂鉄をどのくらいの量持ち上げることができるかで測定
 そんなの小学生レベルじゃん!とか言いたくなるかもしれませんね。しかし砂鉄の量をきちんと計量す...続きを読む

Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む

Q共振回路のグラフのずれが生じる原因

図のような回路をもとに周波数fを30ほどの各点でVr、Vlcを測定し、その結果からアドミタンスYを求め、黒線のグラフを描きました。

次に、アドミタンスYは

|Y|=1/{R^2+(2πfL-1/2πfc)^2}^2

とあらわせるので、C、Lをそれぞれ実験で用いた値を代入しました。Rは共振回路に含まれる抵抗なので、計算し、代入しました。

これより求められた数式をグラフで描くと赤線になる。

問題は、なぜ違いが出たかなのですが、コードの接触不良で、実験途中に明らかにVr、Vlcの値が変わったため誤差がでた。 

このほかに何かありますか?教えてください。

Aベストアンサー

 下の回答者さんの回答のように、R/C/Lの公称値からのズレが比率として大きいと思いますが、付加的に電圧計の内部抵抗の影響の要因もあるかと思います。

 抵抗の電圧を測定する部分は電圧計の内部抵抗によっても周波数による測定誤差特性はほとんど変わりませんが、C・Lの電圧を測定する電圧計の内部抵抗(R成分)によって、C・L部分の電圧の測定誤差は周波数によって変わります。
 全体として、理論値から周波数に依存したズレが生じます。


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