「テブナンの定理」例題12問と解き方|専門家による解説付き

Webテスト対策の支援実績がある専門家がこの記事を監修しました

小寺 一綺
小寺 一綺
国家資格キャリアコンサルタント
Kazuki Kodera〇20歳でキャリアコンサルタント試験に合格。その後は中高校生を対象としたキャリア企画の運営や大学生の就職活動支援、さらにはリスキリング講座でもキャリア形成支援を実施している

テブナンの定理は、複雑な回路をシンプルな等価回路に置き換えて計算する電気回路の基本的手法です。手順さえ覚えてしまえば、どのような回路でも同じ流れで解けるようになります。

この記事では、テブナンの定理を解く際の基本手順を整理したうえで、実際の出題形式に沿った例題12問を紹介します。キャリアコンサルタントの小寺さんによるつまずきやすいポイントの解説付きです。

解く際の手順を確実にマスターし、本番での計算スピードと正確性を高めていきましょう。

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例題を解く前に確認しよう! 「テブナンの定理」の解答のコツ

テブナンの定理の概要

  • 問題パターン:定理の基本概念、解法手順の理解、開放電圧V0の計算、合成抵抗R0の計算、負荷電流の計算、逆算問題(電流や抵抗を求める)
  • 1問あたりの時間:2〜3分程度が目安
  • 出題頻度:電験(電気主任技術者試験)や電気工事士などの資格試験、大学・高専の電気回路の定期試験・演習で頻出
テブナンの定理を利用して解答する際のコツを教えてください!

国家資格キャリアコンサルタント

小寺 一綺

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必ずシンプルな式に置き換えよう! 抵抗を外すのが初めの一歩

テブナンの定理を用いた回答の際に意識したいのは、どんなに複雑な回路でも、注目する2つの端子から見れば「1つの電源(開放電圧V₀)+1つの抵抗(内部抵抗R₀)」というシンプルな形に置き換えられる、という考え方です。

回路全体を連立方程式で解かなくても、知りたい1つの抵抗に流れる電流だけを手早く求めたい場面で威力を発揮します。

解くときの入口はいつも同じで、まず「求めたい抵抗(負荷)を回路から外す」ことから始めましょう。手順は必ず一定なので、焦らず型通りに進めれば大丈夫です。

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テブナンの定理で計算をする際の手順

テブナンの定理では、抵抗Rに流れる電流Iを次の5つのステップで求められます。この手順を型として覚えておけば、あらゆる回路の問題で同じ流れで対応可能です

まずは、手順を理解することから始めましょう。

手順

  1. 電流Iを求めたい抵抗Rの両端に端子A・Bを割り当てる
  2. 端子A-B間を開放したときの合成抵抗R₀を求める(電圧源は短絡、電流源は開放して計算)
  3. 端子A-B間を開放したときの開放電圧V₀を求める
  4. 電圧源V₀と合成抵抗R₀からなる等価回路(テブナンの等価回路)に変換する
  5. I=V₀/(R₀+R)の公式にR₀・V₀・Rを代入し、電流Iを求める

「テブナンの定理」の例題12問|小寺さんによる解き方の解説付き!

ここからは、先ほどの手順を用いて解く例題12問を紹介します。

直列・並列や、電流源を含む回路など、出題されやすいパターンを幅広く取り上げているため、繰り返し解くことで解法の流れが自然と身に付きます。

つまずいた際は解説を見ながら、1ステップずつ確認して理解を深めていきましょう。

問題1(難易度:★★☆☆☆)

問題

図の回路において、テブナンの定理を用いて2[Ω]の抵抗に流れる電流を求めよ。電源電圧は24[V]、各抵抗は6[Ω]、12[Ω]、4[Ω]、および負荷抵抗2[Ω]で構成されているとする。


正解:I=1.6[A]
負荷抵抗 2[Ω] を切り離したときの開放電圧V₀を求める。回路全体を流れる電流はI₀=24÷(6+12)=4/3[A]となる。したがって、開放電圧はV₀=12×4/3=16[V] である。次に、電源を短絡して端子側から見た等価抵抗R₀を求めるとR₀=4+(6×12)/(6+12)=4+4=8[Ω] となる。テブナンの等価回路に負荷抵抗をつなげると、流れる電流はI=16÷(8+2)=1.6[A] と求められる。

小寺 一綺

プロフィール

開放電圧を求める際は「負荷を外した先に直列でぶら下がる抵抗」には電流が流れない、と覚えておくと計算が一気に楽になります。

この問題の4Ωがまさにそれで、負荷を外すと右端が開放→電流ゼロ→電圧降下ゼロです。

なので、開放電圧は中央ノードの電位、つまり12Ωにかかる電圧そのものになります

まず「電流が流れない枝」を消してから残りの分圧を計算する手順を癖にしておき、複雑な回路でも開放電圧をミスなく求めましょう。

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問題2(難易度:★★☆☆☆)

問題

テブナンの定理を用いて、4[Ω]の抵抗に流れる電流を求めよ。(40V電源、10V電源、12Ω、24Ω、および負荷抵抗4[Ω]で構成される回路)


正解:I=2.5[A]
負荷抵抗4[Ω]を切り離したときの開放電圧V₀を求める。回路を回る電流はI₀=(40−10)÷(12+24)=5/6[A]となる。負荷抵抗の端子間の開放電圧は、40V電源側から12Ωの電圧降下を引いた端子間電圧として求めるため、V₀=40−12×(5/6)=40−10=30[V]である。次に、電源を短絡して端子側から見た等価抵抗R₀を求めると、R₀=(12×24)÷(12+24)=8[Ω]となる。したがって、テブナンの等価回路に負荷抵抗をつなげたときに流れる電流はI=30÷(8+4)=2.5[A]と求められる。

問題3(難易度:★★☆☆☆)

問題

スイッチを閉じたときに8[Ω]の抵抗に流れる電流を求めよ。(24V電源、6V電源、2Ω、8Ω、3.4Ω、および負荷抵抗8[Ω]で構成される回路)


正解:I=1.6[A]
負荷抵抗8[Ω]を切り離したときの開放電圧V₀を求める。負荷抵抗を切り離すことで4Ωの抵抗は回路から独立した状態となり電流が流れないため、閉回路に流れる電流の計算から除外できる。回路を流れる電流はI₀=(24−6)÷(2+8)=1.8[A]となる。開放電圧はV₀=24−2×1.8=20.4[V]である。次に、電源を短絡して端子側から見た等価抵抗R₀を求めると、R₀=3.4+(2×8)÷(2+8)=5[Ω]となる。したがって、スイッチを閉じてテブナンの等価回路に負荷抵抗をつなげたときに流れる電流はI=20.4÷(5+8)=1.6[A]と求められる。

小寺 一綺

プロフィール

スイッチや開放端がある回路では、「切り離した瞬間にどの抵抗が行き止まりになって電流が流れなくなるか」を図の上で先に印を付けておくのがコツです。

ここでは3.4Ωが行き止まりになり、開放電圧の計算から外れます。

また、本番で割り切れない数字(20.4÷13)が出たら、それは概数で答える設計かもしれないと疑い、選択肢の中で最も近い値を選ぶ判断も必要です。

問題4(難易度:★★☆☆☆)

問題

図の回路において、テブナンの定理を用いて 18[Ω]の抵抗に流れる電流 I[A]を求めよ。ただし、回路は24Vの電圧源、12Vの電圧源、4[Ω]の抵抗、12[Ω]の抵抗、および負荷抵抗 18[Ω]で構成されており、24V電源に4[Ω]の抵抗が、12V電源に12[Ω]の抵抗がそれぞれ直列に接続されて並列配置されているものとする。


正解:I=1 [A]
負荷抵抗18[Ω]を切り離したときの端子間開放電圧V₀を求める。24V電源と12V電源は互いに逆向きの極性で接続されているため、回路を流れる電流I₀は合成電圧の差を用いてI₀=(24−12)÷(4+12)=0.75[A]となる。端子間電圧V₀は24V電源側から4Ωの電圧降下を引いてV₀=24−4×0.75=21[V]となる。次に内部抵抗R₀を求める。電圧源を短絡すると両電源の端子が接続されて電位差がなくなり、4Ωと12Ωが端子ab間に対して並列に接続される形となる。R₀=(4×12)÷(4+12)=3[Ω]となる。したがってテブナンの等価回路より求める電流はI=21÷(3+18)=1[A]となる。

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問題5(難易度:★★☆☆☆)

問題

図の回路において、テブナンの定理を用いて端子ab間の抵抗5[Ω]に流れる電流を求めよ。(20V電源、16V電源、4Ω、8Ω、および負荷抵抗5[Ω]で構成される回路)


正解:I=24/23[A]≒1.04[A]
負荷抵抗5[Ω]を切り離したときの端子ab間の開放電圧V₀を求める。回路を回る電流はI₀=(20+16)÷(4+8)=3[A]となる。端子ab間の電圧はV_ab=20−4×3=8[V](または−16+8×3=8[V])となり、開放電圧はV₀=8[V]である。次に、電源を短絡して端子側から見た等価抵抗R₀を求めると、R₀=(4×8)÷(4+8)=8/3[Ω]となる。したがって、テブナンの等価回路に負荷抵抗をつなげたときに流れる電流はI=8÷(8/3+5)=8÷(23/3)=24/23[A]≒1.04[A]と求められる。

問題6(難易度:★★☆☆☆)

問題

電圧源と電流源が含まれる回路において、端子a-b間につなぐ8Ωの抵抗に流れる電流I[A]をテブナンの定理を用いて求めよ。(12V電圧源、3A電流源、4Ω抵抗)


正解:I=2[A]
端子a-bを開放したときの開放電圧V₀を重ね合わせの理を用いて求める。電圧源のみのとき(電流源を開放)V₁=12[V]となる。電流源のみのとき(電圧源を短絡)、3Aの電流が4Ωに流れるため4Ωの両端電圧はV₂=3×4=12[V]となる。重ね合わせの理よりV₀=V₁+V₂=12+12=24[V]となる。次に内部抵抗R₀を求める。内部抵抗を求める際は電圧源を短絡・電流源を開放して考える(それぞれの電源を取り除いた状態で端子から見た抵抗を計算するため)。このとき端子a-bから見ると4Ωのみが接続された状態となりR₀=4[Ω]となる。したがって8Ωの抵抗に流れる電流はI=V₀÷(R₀+8)=24÷(4+8)=2[A]となる。

問題7(難易度:★★☆☆☆)

問題

テブナンの定理を用いて、次の問題の抵抗Rを求めなさい。(50V電源、10V電源、4Rの抵抗二つ、Rに流れる電流が2[A]となる条件)


正解:R=5[Ω]
抵抗Rを開放したときの端子間電圧V0を求める。閉回路に流れる電流I0は(50−10)÷(4R+4R)=40÷(8R)=5/R[A]となる。端子間電圧V0は電源50Vから左側の4Rにおける電圧降下を引いた値であるため、V0=50−4R×(5/R)=50−20=30[V]である。次に電圧源を短絡して端子から見た合成抵抗R0を求める。4Rと4Rの並列接続であるためR0=2Rとなる。テブナンの定理より回路に流れる電流Iは30÷(R0+R)=30÷(3R)=10/R[A]となり、これが2[A]となるためR=5[Ω]である。

小寺 一綺

プロフィール

「電流が指定値になるRを求めよ」という逆算タイプでは、まずRを変数のまま置いてテブナン等価(V₀とR₀)を作り、最後に I=V₀÷(R₀+R) を条件式にして解くのが王道です。

この問題の巧妙な点は、開放電圧V₀=30VがRに依存せず定数になることです。4Rが約分で消えるおかげで、式が驚くほど簡単になります。

逆算問題では「変数が途中で消えるか」を意識すると、複雑そうに見える回路も一本の方程式で解けることが多いです。

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また本番形式の模試も付いているので、前もって本番の感覚をつかむことができますよ。

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編集部より

問題8(難易度:★★★☆☆)

問題

図のような電流源の回路で、5Ωの抵抗に流れる電流をテブナンの定理で求めよ。(10A電流源、2Ω、3Ω、4Ω)


正解:I=5(A)
5Ωの抵抗を取り外し、その両端の開放電圧V₀を計算する。10Aの電流はすべて下側の2Ωと3Ωの直列抵抗へ流れるため、V₀=10×(2+3)=50[V]となる。次に電流源を開放して端子から見た合成抵抗R₀を求める。電流源を開放すると右側の4Ωは電流の経路が途切れて回路が構成されないため無視できる。端子から見ると2Ωと3Ωが直列に接続された状態となりR₀=2+3=5[Ω]となる。テブナンの等価回路は50Vの電圧源と5Ωの内部抵抗の直列回路となる。よって求める電流はI=50÷(5+5)=5[A]となる。

問題9(難易度:★★★☆☆)

問題

テブナンの定理を用いて、回路における電流Iを求めよ。
回路構成:直流電源30Vがあり、正極が回路の左端の接続点に、負極が右端の接続点に接続されている。左端の接続点から上側の接続点へ6Ωの抵抗が、左端から下側の接続点へ12Ωの抵抗がそれぞれ接続されている。また、上側の接続点から右端の接続点へ4Ωの抵抗が、下側の接続点から右端の接続点へ3Ωの抵抗が接続されている。上側の接続点と下側の接続点の間には1.2Ωの負荷抵抗が接続されており、この負荷抵抗を上側の接続点から下側の接続点へ流れる電流をIとする。


正解:I=1 [A]

負荷抵抗1.2[Ω]を取り外したときの開放電圧V₀を求める。30V電源の正極が左端・負極が右端に接続されているため、左端の電位を30[V]・右端を0[V]とする。上側の経路の電流は30÷(6+4)=3[A]、下側の経路の電流は30÷(12+3)=2[A]となる。上側接続点の電位Vaは30−6×3=12[V]、下側接続点の電位Vbは30−12×2=6[V]となる。開放電圧V₀は上側接続点と下側接続点の電位差であるためV₀=Va−Vb=12−6=6[V]となる。次に電源を短絡して合成抵抗R₀を求めると、上側は(6×4)÷(6+4)=2.4[Ω]・下側は(12×3)÷(12+3)=2.4[Ω]の直列接続となりR₀=2.4+2.4=4.8[Ω]となる。よって求める電流はI=6÷(4.8+1.2)=1[A]となる。

問題10(難易度:★★★☆☆)

問題

図のブリッジ回路の抵抗8Ωに流れる電流Iを、各端子の電位からテブナンの定理で求めよ。(100V電源、10Ω、40Ω、60Ω、40Ω)


正解:I=1[A]
各端子の電位を計算する。電源の正極を100V・負極を0Vとする。中央の8Ωの抵抗を取り外し、その両端の開放電圧V₀を求める。8Ωの上側端子は10Ωと40Ωの接続点にある。上の頂点(100V)から下の頂点(0V)に向かって10Ωと40Ωで分圧されるため、上側端子の電位は100×40÷(10+40)=80[V]となる。8Ωの下側端子は60Ωと40Ωの接続点にある。同様に分圧するため、下側端子の電位は100×40÷(60+40)=40[V]となる。よって開放電圧V₀=80−40=40[V]となる。電源を短絡して内部抵抗R₀を求めると、上側の10Ωと40Ωの並列は(10×40)÷(10+40)=8[Ω]、下側の60Ωと40Ωの並列は(60×40)÷(60+40)=24[Ω]となり、これらが直列接続されてR₀=8+24=32[Ω]となる。ゆえに求める電流はI=40÷(32+8)=1[A]となる。

小寺 一綺

プロフィール

問題9と同じブリッジ型ですが、ダイヤ型に描かれると身構えがちですよね。ですが、本質は同じなので安心してください。

「片方の頂点を電源+、反対の頂点を電源−とみなし、左右二経路で分圧してノード電位を出す→差が開放電圧」と理解しましょう。

図の形に惑わされず、電源の+−がどの頂点かを最初に確定するのがコツです

分圧の式は「求めたい抵抗÷合計×電源電圧」を機械的に当てはめれば速く正確に出せます。図の見た目に引っ張られすぎず、接続関係を優先しましょう。

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問題11(難易度:★★★☆☆)

問題

図のような回路において、スイッチSを閉じたとき、8[Ω]の抵抗に流れる電流Iは1.5[A]であった。テブナンの定理を適用し、スイッチSを開いたときにスイッチSの端子間に現れる電圧E0[V]を求めなさい。


正解:15[V]
電流からテブナンの定理を用いて開放電圧を逆算する問題である。まず、端子から見た回路の内部抵抗R0を求める。電圧源を短絡して考えると、6[Ω]と3[Ω]の抵抗が並列に接続されているため、合成抵抗は(6×3)÷(6+3)=2[Ω]となる。次に、テブナンの等価回路を考える。回路は電圧E0[V]の電源に、内部抵抗2[Ω]と負荷抵抗8[Ω]が直列につながる構成となる。オームの法則よりE0=I×(R0+RL)=1.5×(2+8)=1.5×10=15[V]となる。

問題12(難易度:★★★★☆)

問題

図のような回路において、R(40Ω)に流れる電流の大きさと方向を求めよ。
回路図の詳細:左側の枝に24Vの直流電源(上が正極)、中央の枝に20Ωの抵抗、右側の枝に60Ωの抵抗があり、これらは下部の共通グラウンドで接続されている。24V電源の上部ノードaと中央枝の上部ノードcの間に30Ωの抵抗がある。ノードcと右側枝の上部ノードbの間に12Vの直流電源(右が正極)がある。さらに、ノードaとノードbの間に負荷抵抗Rが接続されている。


正解:0.12[A]、右向き(aからbの方向)
Rを開放したときの各閉ループに流れる電流をI1(左)、I2(右)とする。連立方程式より50I1−20I2=24・−20I1+80I2=12が成り立ち、解はI1=0.6[A]・I2=0.3[A]である。開放電圧V_abは、V_ab=30×0.6−12=6[V]となり、a点の電位が高い。次に内部抵抗R0を求める。電圧源を短絡するとa-b間から見て、30Ωは電圧源24Vの両端に接続されているためa点とグラウンド間に位置し、20Ωと60Ωはそれぞれb点とグラウンド間に位置する。これらの3抵抗がa-b間から見て並列に接続される構成となるため、1/R0=1/30+1/20+1/60=2/60+3/60+1/60=6/60=1/10よりR0=10[Ω]である。したがって、求める電流Iは6÷(10+40)=0.12[A]とわかる。

「テブナンの定理」を対策する際のポイント

アドバイザーのリアル・アドバイス!5ステップを頭に叩き込もう! V₀とR₀の違いを明確にするのがコツ

国家資格キャリアコンサルタント

小寺 一綺

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テブナンの定理のコツは、記事内にある5ステップを毎回そっくり同じ順番で実施することです。肝心なのは各ステップの中身を取り違えないことにあります。

V₀とR₀を混同しないコツは、「負荷を切り離す」という共通処理の後、電源の扱いを明確に区別することです。

電源ONの状態で端子に現れる電圧がV₀であり、電源OFFの状態で端子から回路を見た合成抵抗がR₀となります。この役割の違いに着目して押さえましょう。

電源の消し方の基本を押さえよう! 段階的な問題演習が効果的

最もありがちなミスは、R₀での「電源の消し方」です。電圧源は短絡(ショート)、電流源は開放(オープン)が鉄則です。逆にすると全滅してしまうため、これだけは考えなくても手が動くレベルまで刷り込んでください。

回路図を描き直すコツは、負荷を外した瞬間に電流が流れなくなるルートや計算に関係ない抵抗にバツ印などを書き込んで消していくことです。

練習として、まずは電源が1つだけの基本問題で5ステップを体に染み込ませましょう。その後、電源が複数ある問題→電流源を含むもの→ブリッジ回路へと段階的にレベルを上げてください。

成功体験を10問ほど重ねれば、本番でも手が自然に動くようになりますよ。

執筆・編集 PORTキャリア編集部

明日から使える就活ノウハウ情報をテーマに、履歴書・志望動機といった書類の作成方法や面接やグループワークなどの選考対策の方法など、多様な選択肢や答えを提示することで、一人ひとりの就活生の意思決定に役立つことを目指しています。 国家資格を保有するキャリアコンサルタントや、現役キャリアアドバイザーら専門家監修のもと、最高品質の記事を配信しています。

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