ミニゲーム: 電気回路シミュレータ

概要

「電気回路シミュレータ」は、DC/AC のどちらのモードでもノード式回路解析を行い、電圧・電流・電力・力率を即時計算して表示するトイカテゴリの学習ツールです。 初期状態では 12V 電源と負荷抵抗を備えた基本回路が用意され、結果の要約と計測器オーバーレイを通じてリアルタイムに挙動を確認できます。

画面レイアウト

基本操作

ツール選択とノード配置

「選択・移動」「ノード追加」と各種コンポーネントのツールがボタンとして並びます。ノード追加ツールでグリッド上をクリックすると新しいノードが生成され、自動命名されるほか、初回のみ自動的にグラウンド候補になります。ノードはドラッグで移動でき、キャンバス境界の内側に収まるよう制限されます。

コンポーネントの接続

ツールで部品を選んだ状態で 2 つのノードを順にクリックすると、そのペア間にコンポーネントが生成されます。選択中のノードはハイライトされ、同じノードを 2 回選んだ場合は操作がキャンセルされます。導入した部品は即座に解析へ反映され、プローブ系以外を追加するとセッション XP が加算されます。

ノードと部品の編集

ノードをクリックするとインスペクタで名称変更・電位確認・グラウンド設定が可能で、削除すると接続中のコンポーネントも同時に削除されます。コンポーネントを選ぶと値入力欄が現れ、抵抗・電圧・位相などを変更すると直ちに再解析が走ります。削除ボタンには確認ダイアログが付与されています。

コンポーネントリファレンス

種類 初期値 調整可能な項目 備考
導線 0.001 Ω 抵抗 (最小 1e-4 Ω、最大 1e12 Ω でクランプ) 低抵抗線として回路に影響します。
抵抗 100 Ω 抵抗 (同上) 電圧・電流・電力を表示します。
コンデンサ 1 µF 容量 (1 pF〜1 F)、AC 解析時にリアクタンスを表示 DC モードでは開放扱いになり診断に注意が表示されます。
インダクタ 1 mH インダクタンス (1 nH〜10 H)、AC 解析時にリアクタンスを表示 DC モードでは短絡に近い扱いとして警告が出ます。
電源 12 V、内部抵抗 0.5 Ω 出力電圧・内部抵抗 ノード間の供給電力に寄与します。
AC 電源 5 Vrms、位相 0°、内部抵抗 0.2 Ω RMS 電圧、位相 (±180°)、内部抵抗 AC モードで正弦波電圧源として解析されます。
電流源 0.05 A、位相 0° 電流値、AC 時の位相 電圧差との積で電力が算出されます。
電流計 0.0005 Ω 抵抗 (最小 1e-4 Ω) 回路に直列接続される低抵抗測定器です。
電圧計 名称のみ ラベル 計器は回路に影響せず、ノード間の電圧・電流・電力を読み出します。
電力計 名称のみ ラベル 非侵襲でノード間の有効・無効電力を計測します。

解析モードと結果表示

解析モードは DC/AC の 2 種類で、AC を選ぶと周波数入力（スライダー 0〜100 kHz、直接入力は 1 MHz まで）が有効化されます。 ステータス欄では現在のモード、角周波数、選択中ツール、接続開始ノード、グラウンド設定、警告や診断メッセージが順に表示されます。 サマリー欄では供給電力・消費電力・（AC 時は力率）・最大ノード電位・最大枝電流・セッション XP・各ノードの電位を確認できます。 AC 解析では回路要素のオーバーレイに振幅と位相を含む表記が使われ、リアクティブ電力も同時に表示されます。

計測系とリアクタンス表示

電圧計・電力計はブランチ電流の集計値を参照する非侵襲型で、回路へ追加しても導通条件に影響を与えません。 コンデンサとインダクタは AC 周波数からリアクタンスを計算し、インスペクタに Xc/Xl の参考値を表示します。 DC 解析でリアクティブ素子を含む場合は「開放」「短絡」として扱うことが診断メッセージに明示されるので、モードを切り替えて検証してください。

経験値とセッション管理

ノード追加・部品追加・計器設置ごとにセッション XP が加算され、削除や編集では減点されません。サマリー欄と getScore() の戻り値で現在の合計が確認できます。 ノード／部品の削除は確認ダイアログ付きで、セッション XP はリセットされません。