写真の問題についてですが、わからないことが2つあります。 ①赤線部に「電気力線は直線Lに垂直になる」と書かれていますが、解説を見ると、電気力線は半径rの円柱の側面を貫いてることになっていますが、Lと垂直な電気力線は、左右上下の4方向のみではないのでしょうか？ ②なぜ、半径r... 続きを読む

7* 一直線上に, 単位長さあたり [C/m〕 の正電荷が一様に分布している。 の直線から 〔m] 離れた点での電場の強さを求めよ。 24+ 7 E= L N= S HAL ww 2 対称性から電気力線は直線Lに垂直 になる。 L に沿って長さ1〔m〕 の部分に は ol [C] の電気量があり, N=4mk.ol 〔本〕 の電気力線が出て, 半径r[m]の円 柱面(表面積 S =2πr.l) を貫いている。 対称性から面上の電場Eは共通であり Amkol 2ko (N/C) 2πrl r (6

二つ疑問があります。 ・電場の強さはは一平方メートルを通る電気力線の本数と同じになりますが、より電荷に近い位置の一平方メートルを通る電気力線の本数は遠い位置のものより多くなりますか？ ・電気の位置エネルギーは、重力のように引き合う引力だけじゃなく遠ざける斥力も働きますよね、... 続きを読む

220 V章 電気 発展例題35 金属球による電場と電位 点として, 水平右向きにx軸をとる。 クーロンの法則の比例定 半径Rの金属球に,電荷Q(>0) を与える。 球の中心Oを原 数をk,電位の基準を無限遠とする。 (1) 0から距離r (R<r) はなれた点Pの電場の強さと電位を それぞれ求めよ。 x軸上において, 位置 x (0≦x)と電位Vとの関係をグラフに描け。 (2) 指針 電荷は , 金属 球の表面に一様に分布する。 このとき, 金属球内部に電 場はできず, 金属球内部の 電位は一定となる。 電気力 線は図のように広がり, 0 を中心とする球面を垂直に 貫く。 電気力線 解説 (1) Oを中心とする半径rの球面 を閉曲面として考える。 閉曲面内部の電荷の和 はQであり, ガウスの法則から,この球面を貫 く電気力線の本数は4ヶkQ本である。 単位面 積を貫く電気力線の本数が電場の強さである。 球の表面積は4πr2 なので,電場の強さEは, 発展例題36 電位の合成 発展問題 449,457,452 E= 4лkQ =k²²²/² 4πr² 金属球外部の電場のようすは,Oに点電荷Qが あるときと同じである。 電位Vは, (2) x>Rの電位は,(1)から,V=k x Q R k- R O x=RのときはV=kQ/R となる。 金属球内部 の電位は一定で 0, 0≤x≤R VA の電位はx=R の値に等しい。 グラフは図のよ うになる。 R V=kQ r となる Q X V=k- 発展問題 449 453 45.

(3)が分からないのですがどうして電位が少しあるだけで正の無限遠に行くのですか？

4:48 回 の表面積は よってx=' ここでxaなので適するのはx=3a 軸の正の向きの無限遠付近の電位 は、無限遠に向かうにつれて負から に近づいている。よって正の電気 量をもつ小球は,xaの範囲で <0 となる位置に置けば無限遠に 達することができない。 よってV=k- x-a k- x+a =kQ- よってx> VA 0 -3x+5a <0 =kQ (x− a)(x+a) なので分母(x-a)(x+α)>0となり -3x+5a<0 5 3 ‚(x+a)−4(x−a) (x-a)(x+a) a x 図 参考 Q. -4Qの2つ の点電荷がつくる電位のよう すば次のようになる。 無限の電位は ただし 負電荷のほうが電気量の絶 対値が大きいので電位は負 から0に近づく。 x=αで正の無要大に、 x=-αで負の無麗大に 散する。 電位の概形は次のようになる。 01 3a このグラフ上に正の電気量を もつ小球を置くと､「重力に 球」と同観に考えることがで 閉じる 0 < 0 |||

(3)が分からないのですが、どうして電位が少しあるだけで小球は正の無限遠に行くのですか？

る電場に等しいものとする。 十r [m]の球面の内部にある電荷がつく を求めよ。 た [17 関西学院大 改] 207 217.電位図のように、xy平面上の点 (a,0) (a>0) れている。 クーロンの法則の比例定数をk, 無限遠の電位を0 (-α, 0) にそれぞれ電気量Q(>0) と4Qの点電荷が固定さ とし、重力や空気抵抗は無視できるものとする。 (1) 電気量 - Q の小球を,x軸上の負の無限遠から点(-34, 0)まで動かす間に静電気 力がする仕事を求めよ。 (2)正の電気量をもつ小球を, 点 (a, 0) からx軸の正の向きにわずかな距離だけ離れた x軸上の点に静かに置いたところ､小球はx軸の正の向きに動き始めた。 小球の速 さが最も大きくなる点のx座標を求めよ。 (3) 正の電気量をもつ小球を, 点 (x, 0) (x>α) に静かに置いた後,小球がx軸の正の向 きの無限遠に到達しないためのxの条件を求めよ。 [16 早稲田大改] 212 -4Q -a 0 a

写真の問題についてですが、なぜ円柱の表面積を考える時、側面の表面積だけで底面の円の面積は考えないのですか？

最初から分かりません。教えてください🙇‍♀️🙇‍♀️

図1に示すような半径a [m] の導体球Aが真空中に孤立している。 この導体球に電気量 Q [C] を与えた。 ただしQ>0とする。 次の問いに答えよ。 Aa 図 1 [m]x< [m]e C A a 図2 16 [m] (1) 図1で、電荷は A の表面に一様に分布するので、 Aの外側の空間で電場の強さと電位 は球対称となる。 よって, 電気力線は A の表面に垂直に出ていき, その本数の表面全体 の合計はア [本] である。 ただし, クーロンの法則の比例定数は ko [N･m2/C2] とする。 よって, 中心から距離 [m] (≧a) の位置の電場の強さは, 半径rの球の表面積を考えて, [N/C] である。 これはAの中心にQ [C] の点電荷がある場合と同じであるため、 この位置での電位は無限遠を0Vとしてウ [C] となる。 (2) 図2に示すように半径6 [m] (b≧a), 外半径[m] (c>6)の電荷を与えていない中空導 TURAT 体球Bの中に、図1の電気量Q [C] をもった A を 中心を一致させて入れる。このとき 静電誘導によりBの内側表面に [[C] の電荷が現れて一様に分布するため, A の表 面から出た電気力線はすべてBの内側表面に到達する。 このことからAとBの間 (bra) , 電気力線のようすは (1) の場合と同じであることがわかる。 I Bは初め電荷が与えられていなかったので, 外側表面にはオ [C] の電荷が一様に 分布し、Bの外側(≧c) の空間でも電場の強さと電位は球対称となって、 電気力線はB の外側表面から垂直に出ていく。 以上の考察より、 Aの中心からの距離と電場の強さ との関係を最も適切に示しているグラフは カ である。 また, 無限遠方を電位 V=0Vとしたときの距離と電位との関係を最も適切に示しているグラフはキ である。ここで、AとBの電位差を考える。先に述べたように、図2で≧ra の空間 での電場の変化は図1での変化と同じであることから、電位の変化 (電位差) も (1) で考 えた電位の式から求めることができる。 これによると,r=b の電位に比べ,r=αの電位 はク[V] 高いことがわかる。 これは,導体AとBをそれぞれ電極と考えたときの電 位差となる。よって,これらをコンデンサーと考えたときの電気容量Cはケ [F] と 求められる。

方針だけでもお願いします🙇‍♀️🙇‍♀️

図1に示すような半径a [m] の導体球 A が真空中に孤立している。この導体球に電気量 Q [C] を与えた。 ただしQ>0とする。 次の問いに答えよ。 2 (70) A-a 図 1 Aa 図2 Maje [m]z4 [m] (1) 図1で,電荷は A の表面に一様に分布するので, A の外側の空間で電場の強さと電位 は球対称となる。 よって, 電気力線はAの表面に垂直に出ていき, その本数の表面全体 の合計はア[本] である。 ただし, クーロンの法則の比例定数は ko [N･m2/C2] とする。 よって, 中心から距離 [m] (v≧a) の位置の電場の強さは, 半径rの球の表面積を考えて、 イ [N/C] である。 これはAの中心に Q [C] の点電荷がある場合と同じであるため、 この位置での電位は無限遠方をOVとしてウ [C] となる。 (2) 図2に示すように半径b [m] (b≧a), 外半径[m] (cb)の電荷を与えていない中空導 体球 Bの中に,図1の電気量Q [C] をもったAを中心を一致させて入れる。このとき 静電誘導によりBの内側表面に I [[C] の電荷が現れて一様に分布するため, A の表 面から出た電気力線はすべて Bの内側表面に到達する。 このことからAとBの間 bra) , 電気力線のようすは (1) の場合と同じであることがわかる。 Bは初め電荷が与えられていなかったので、 外側表面には | オ [C] の電荷が一様に 分布し,Bの外側(≧c) の空間でも電場の強さと電位は球対称となって、 電気力線はB の外側表面から垂直に出ていく。以上の考察より, Aの中心からの距離と電場の強さ との関係を最も適切に示しているグラフはカである。また、無限遠方を電位 V=0Vとしたときの距離と電位との関係を最も適切に示しているグラフはキ である。ここで、AとBの電位差を考える。先に述べたように、図2で≧raの空間 での電場の変化は図1での変化と同じであることから,電位の変化(電位差)も (1) で考 えた電位の式から求めることができる。これによると,r=b の電位に比べ,r=αの電位 は 高いことがわかる。 これは,導体AとBをそれぞれ電極と考えたときの電 ク[V] 位差となる。よって,これらをコンデンサーと考えたときの電気容量Cはケ [F]と 求められる。

ここはなんでkQ/xとの差ではなくて、kQ/aをつかうのですか？

次の文中の口に適切な数式または数値を入れよ。ただし,数式は,ko, a, b, x, Q, q *100.〈帯電した導体がつくる電場) のうち必要なものを用いて答えよ。 ガウスの法則によると,任意の閉曲 面を貫く電気力線の密度は電場の強さ に等しい。例えば、真空中で点電荷を 中心とする半径rの球面を仮定して考 えれば、点電荷から出る電気力線の本 数を球の表面積でわった値が球面にお ける電場の強さとなる。そのため, 電 気量q(q>0)の点電荷から出る電気力線の本数nは, 真空中でのクーロンの法則の比例定者 koを用いて,n=ア]と書ける。 図1のように,真空中に半径aの金属球Mがあり, Q(Q>0) の電気量をもつように帯電さ せた。金属球Mの中心Oから距離xだけ離れた点における電場の強さE, 電位Vについて考 える。ただし,電位Vは無限遠方を基準とする。 xこa のときは,金属球Mから出る電気力線は金属球Mの中心0から放射状に広がると考 えられるため,電場の強さEは, E=イ]とわかる。 また, その点の電位Vは, V=ウ]である。 また,x<a のときは, 導体内部の電位は導体表面の電位と等しく, 導体内部に電気力線 が生じないことから, E=[xエ], V=[オ]となる。 図2のように,内半径6, 外半径Cの金属球殻Nがあり,-Qの電気量をもつように帯電 させた。このとき,金属球殻Nが球殻内部の真空の空間につくる電場は,内部に発生する電 気力線のようすを考えると0である。 次に,図3のように,真空中で,金属球殻Nで金属球Mを囲い,金属球殻Nの中心O' が金 属球Mの中心Oに一致するように配置した。ただし, aくb<c であり,金属球Mの電気量は Q.金属球殻Nの電気量は -Qのままであるとする。このとき,中心Oから距離 x(a<xくb)だけ離れた点における電場の強さ E'は,金属球 M, 金属球殻Nがそれぞれ単 独でつくる電場を足しあわせた合成電場の強さであるので, E'=[Xカ]である。また、金 属球殻Nに対する金属球Mの電位 Vssa は,金属球殻Nの内部には電気力線は生じないので、 Vsa=キである。 金属球Mと金属球殻Nは,電位差 Visaを与えればQの電気量が蓄えられるコンデンサー とみなすことができる。このコンデンサーの電気容量Cは、C=[ク である。 金属球殻N 全属球M 図2 図3 図1 (20 関西大) A101 世

7番の問題で、自分の答えが全然違っていたので、根本から分かってないと思います。ご指摘お願いします

電磁気 EX 点0を中心とする半径aの球面上に正電荷がー様に分布し、 全体では +Qになっている。0から距離r(r>a) 離れた位直の電場を求めよ、 国 対称性から電気力線はOを中心として球面 から放射状に出ていく (図a)。 その総本数N は4AQ本であり, Oを中心とする半径rの 球面上(表面積S=4xr" ) での電場をEとする と, Eは単位面積あたりの本数に等しいから E=V-4zkQ_kQ Gく対称性! S 4 この結果はQをもつ点電荷がOにあるときつくる電場と同じである。そ まわりの電気力線の様子が前ページの図と同じであることから一目難態 ようす いちもくりょうぞ。 てもよい。 球面上に一様に分布した電荷は, 中心にすべての電荷 が集まったのと同じ影響を周りにおよぼすことが分かる。 ただ,電気力線は放射状に出ていくので球面内の電場 は0である。図bのように, 正反対の位置にある電荷か らの電気力線が打ち消し合うからと考えてもよい。 7' 一直線上に,単位長さあたり o[C/m] の正電荷が一様に分布している の直線からr[m] 離れた点での電場の強さを求めよ。

教えてください。

局 次の文章を読み, 次の問いに答えよ。 屋さが無視できる半径 の球形の空洞容器 (球吉) がなめらかに動くビス トンのついたシリンダーと体積の無視できる細管でつながれている。初め。 細管は暑じられていて球殻内のみに質量 w の単原子分子 W 個からなる理 想気体が封入されていた。 分子の1 つが速さ ゥで運動していて, 図1 のように角 の で球殻に衝突し ている。 衝突前後でこの分子の速さは変わらず, その速度は球面に垂直な 成分の向きのみが逆になる。 この衝突によ る分子の運動量の変化 | 力積として球殻に与えられる。分子どう しでは衛突しない場合, この分子 は衝突から次の衝突までの珍重距刻 イー] を速さ で移動し。 時間ーワウー」 ごとに衝突をくり返す。つまり。 角 の で球疫に衝突する分子は 図1 1 1 同当たり思積(ア) を球殻に与える条突を単位時間当たりーエー] 回起こすので, この分子が球殺に与える単位時間当たりの力積の大 し チ となる。このように, 分子 1 個が球殻全体に与える力積の大きさ (オ) は衝突角 9 によらないことがわかる。 平均の速さがっの分子 個からなる気体は大きさカ ] のを表面積 4rS の球殻全体に及ぼしているので、和気体の圧力は の「キコx(-) ご ことがわかる。この となる。 球殻内部の体積 衝で をとおくと, 気体の圧力と体積の積 の” は気体分子の運動エネルギーの総和に比例することが4 YO宮キー 7た4 ヵレと温度 の の理想気体の状郁方程式 のアー を7 (をはボルツジマン定数) との比較から. 微視的な気体分子 1 個当たりの運動エネルで が尼視的な量の温度 7 で表せる。したがって, 巨視的な量の気体の内部エネルギーも[ ク |メ7 と表せる。 ⑦⑰ [アナレグ に適切な式を入れよ。 に 半党 都にせ この気体が体積を保つて温度人から 47 だけ変化するとき, 気体の[-い_] の変化は(ク)X47 となる。一万、 一定体積の気人は外 コー 気 部とやり 事をしないので, | ろ 」より, 気体に出入りした熱量と気体の内部エネルギーの変化は等しい。このように、 定体積の気体が外部 とりするエネルギーの種類は熱のみで, その量は変化前後の温度差 47 のみによることがわかる。 次に, 気体の体積が変化できるように細管を開いた。 け変 所 4 これから、埋度了 を保つて体 この気体が温度 7 を保つて体積からわずかに 4P だけ変化するとき, 気体がする仕事は NATやセ- となる。これから が 積が 炉 からその $倍の So に変化するときの気体がする仕事は &71ogS となる。 一方, 一定温度の気体の (い) は変化しないので、 (の) か ら, 気体に加えた熱量は気体がする仕事に等しい。したがって 等温変化する気体に出入りした熱量を昌度でわった量は NAogS のよう ご に変化前後の体積比 $のみによる。 ② [むしラリ に送功な族句を入れよ。