物理教室

問題11 問7の解答


各金属板にたまっている電気量が上図の状態から
スイッチS2を開いてからスイッチS1を閉じると、電気量は以下の図のようになります。
ポイントは

  • スイッチS2が開いているので、孤立する金属板KとNのトータルの電気量は保存する。

  • スイッチS1が閉じているので金属板LMの電位差が電池B1の起電力Vに一致する。

  • 点です。
    金属板LMの電位差がVに一致するので、金属板Lの下側にたまる電気量は問1で求めた q になり、
    セットの金属板Mの上側には −q の電気量がたまります。(電気容量と電位差が同じなので「Q=CV」より電気量は問1で求めた電気量と一致する。)
    またそのほかの部分の電気量は、金属板Kと金属板Nの電気量が保存されているので変わりません。
    (金属板Kの外側はセットとなる金属板が存在しないので電気量は0。したがって保存されている電気量Qは金属板Kの下側にたまる。
    金属板Kの下側と対になる金属板Lの上側の電気量は−Qになる。金属板Nに関しても同様にもとめられます。)
    したがって各金属板にたまる電気量は上図のようになるわけです。
    問題を見ると金属板Lにたくわえられた電気量はq’になったと書いてあります。
    つまり q' が上図の金属板Lにたくわえられた電気量に等しいわけだから
    q' = q +(−Q)
    したがって答えは

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