Question

Shelly

高校物理　コンデンサー
下の写真の問題の問6で
静電エネルギーの変化量　と　電池の内部エネルギー変化量の符号の関係がわかりません。
答えはそれぞれ　-1/2IVΔt 、　IVΔt です。
この問題ではIは電流の大きさであり、
静電エネルギーの変化量=1/2ΔCV^2、ΔC<0であるから負となりマイナスが付くのはわかりました
電池の内部エネルギー変化量=ΔQ V、ΔQ<0より負となると考えました。どこがどう違うのか分からないので教えていただきたいです。
(その他考えに使った式　I=ΔQ/Δt)

教·エ·応生:
3'
3
次の文を読み、以下の問いに答えよ。 (配点比率 医:
4
外りように, 一辺a[m]の正方形の金属板を極板とする平行板コンデンサーが起電力V[V]
可能な電池に,スイッチSを介して接続されている。極板間の距離はd[m]である。この
ーンテンサーに,厚さ d, 上下面が極板と同形である。誘電率e[F/m]の誘電体の板が,極板の
辺に沿うように挿入されている。コンデンサーを充電した後,誘電体をコンデンサーから引き出
すとき,どのような力がはたらくかを調べたい。
1ぶすます
以トでは、誘電体の位置を,極板の左端から誘電体の左端までの距離x [m]で表すことにす
る。以下の問いに解答するとき,極板の端の効果,電池の内部抵抗,導線の抵抗,摩擦力は無視
できるものとする。なお, コンデンサーは大気中におかれており, 空気の誘電率は,真空の誘電
率Eo(F/m]に等しいとしてよい。
い )
問1 誘電体がx=0の位置にあるとき,スイッチSを閉じ,回路が安定するまで十分に充電
い
してから,スイッチSを開いた。このとき, 極板に帯電している電荷 Qo[C]はいくらか。
問2 間1の操作の後, スイッチSを開いたまま, 誘電体を極板から距離x引き出した。このと
きの,コンデンサーの電気容量 C(F] と,蓄えられた静電エネルギーU[Jを求めよ。なお,
答えはa, d, e, Eo, X, Vの中から適するものを用いて表すこと。
問3 一般に,物体には位置のエネルギーが小さくなる向きに力がはたらく。この考えを用いて,
位置xにおいて誘電体にはたらくカの向きはどうなるか, 答えよ。どのように推論を進めた
か簡潔に述べよ。
上記と同様のことを, スイッチSを閉じたままで行うと, 誘電体にはたらく力はどうなる

あろうか。位置x=0で十分に充電した後に, 誘電体を一定の速さ »[m/s] で極板に沿って移動
させた。
t で
間4 誘電体がある位置x」(m]から,微小時間 At [s]の間に移動したとき,コンデンサーの電気
容量の変化AC(F]はいくらか。なお,答えはa, d, e, Ep _0, V, At の中から適するもの
を用いて表すこと。
多る
便時対番降 m を
問5 このとき,スイッチSを流れる電流の大きさI[A]と, その向きを答えよ。なお, 電流Iは
a, d, e, Eo, ひ, V, Atの中から適するものを用いて表すこと。
稲音 式r
問6 位置x」における, 外部から誘電体に加えている力の大きさをFIN)とする。時間 At の間
階育)
のコンデンサーの静電エネルギーの変化量 AUc[Jと,その間の電池の内部エネルギーの変
化量AUB(JJと,カFが誘電体にする仕事AW[Jとを,I, v, V, F, Atの中から適する
ものを用いて表せ。また、エネルギー保存則を用いて,力の大きさFを求め, a, d, e, Eo
て 遠盤 UNA大楽
0, V, At の中から適するものを用いて表せ。その向きも合わせて答えよ。
の共音 らさは 音
問7 位置x」における,誘電体にはたらく,極板からの力の大きさf(N]と向きを答えよ。な
図 S
お,力の大きさfはa. d, e, Eo, 0, V, Atの中から適するものを用いて表すこと。
a
E0
x
図

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