Question

rr

(6)の静電気力の方向がどう考えてるのか全然分かりません、、( ඉ-ඉ )

ちよい)は
(近畿大 + 防衛大
109 極板 A, B からなるコンデンサーがあり、
電荷 Q[C]が充電されている。 極板は一辺の長
さが1〔m〕の正方形で,極板間隔は d [m] であ
る。極板間は真空で,電場 (電界) は一様とし,
真空の誘電率をε〔F/m〕とする。
A
B
+Q'
-Q
図1
A,B 間に,図2のように誘電体を挿入する。
誘電体は一辺l [m] の正方形で, 厚さd[m],
比誘電率 c である。 誘電体をx 〔m〕だけ挿入し
たとき, 誘電体部分の電気容量は1
(1 [F]
であり, 真空部分の電気容量は(2)〔F]だ
から,全体での電気容量は(3) 〔F〕 となる。
+Q
A
x
B
d
-Q
図2

74
また,静電エネルギーは(4) [J] となり,x を増すと (5) する。
したがって,この誘電体にはxが (6) する方向に静電気力が働くこ
とが分かる。また, 極板上の電荷の面密度 (単位面積あたりの電気量)は,
誘電体部分と真空部分では(7) の比となっている。
(立教大+千葉工大)

90
90
109
(1)C=&rciSを用い,求める容量を
C とすると
d
C₁ = εlx
d
(2) 求める容量 C2 は C₁ = £1 (1-x)
(3)CとC2は並列となっているので
Q2
スイッチされてるから変わ
甘い。
合わせて+
+ Q1
+Q2
Er
l-x
x
C₁
C=C+C=cal{1+(c,-1)x}
Q'd
(4) U=2C2cl{l+ (ex-1)x}
(5)上式から,Uは x を増すと減少することが分かる (er >1)。
これと同じこと
+
(6) もしも、外力を右向きに加えていたとしたら,
外力の仕事は正であり,その分Uが増すはず
である。 しかし, Uは減少しているので, 外
力は左向きに加えていることになる。 したがっ
て, 静電気力は右向き, つまりxが増加する
方向に働いていることが分かる。
+
静電気力
|外力
実態はこんな感じで
e
誘電体は赤の電荷に
引かれている
(7), C2 の電圧は等しい。 それぞれの電気量を Q と Q とすると,
Q=CVQ=CVより電荷密度の比は
Q. Q2 C. C2
=
lx 1(1-x) lx (1-x)
1-x) =er:1
電位が高いから
だから
110
(1) BD2 間の電気容量はCであり, AD間は
極板間隔が2倍なのでC/2である。等電位の部
分を赤と灰色で示すと右のようになり,電位差は
Vで共通である。そして電位の低い D1, D2 には
負電荷が現れる。Q= (C/2)V と Q2=CV より
A
C_2
D1
D2
C
B
+
D₁: -CV D₂ -CV
(2)図aより、答えは図bのようになる。
+ Q1V
E1
・Q1
Q2
+ Q2
図み
E2
等電位の所を

Answer 1

✨ ベストアンサー ✨

GDO

誘電体を挿入する（xを増す）と静電エネルギーが減るということは、静電気力が仕事をしたので静電エネルギーが減ったのです。
→静電気力は誘電体を引き込む（xが増す）方向に力が働いていることになります。

＜参考＞
逆に、もしも静電エネルギーが増えたのであれば、外部から仕事をされた（受けた）ことになります。
→外部が仕事をしないと、誘電体は動かない（誘電体に加えた仕事は、静電エネルギーの増加になる）。

という意味で解答・解説が書かれていますが、わかりましたか？
うまく表現・説明できなくて、ごめんなさい。

rr

めっちゃ分かりやすいです！ありがとうございます！！理解出来ました🙏🏻

GDO

仕事をすると腹（エネルギー）が減りますよねー
誰かにご飯（エネルギーの素）を与えてもらえたらお腹いっぱい元気いっぱい（エネルギー増加）になりますよねー
そういうことです