東工大物理の過去問で質問です 電磁気の問題(d)ですが、加える外力が−になる理由を知りたいです

44 平行板コンデンサーにおける振動 面積Sの同じ形状を持つ導体極板AとBが間隔dで向かい合わせに配置された平 行板コンデンサーを, 真空中に置く。 このコンデンサーの極板間に、導体極板と同じ 形状を持つ面積Sの金属板Pを, 極板Aから距離を隔てて極板に対して平行に置 く。 真空の誘電率をE0として以下の問に答えよ。 ただし, 極板端面および金属板端 面における電場の乱れはなく, 電気力線は極板間に限られるものとする。 導線, 極板, 金属板の抵抗,重力は無視する。 また金属板の厚さも無視する。 A [A] 図1のように,極板AとBは, スイッチ SW を介して接続され,極板Aは接 地されている。 L x d 1 コンデンサー 317 P SW (2012年度 第2問) B 図 1 (a) スイッチ SW が開いている時, 極板A, B間の電気容量を求めよ。 團 (b) スイッチ SW を閉じた後, 金属板Pを電気量Qの正電荷で帯電させる。 こ の電荷によって極板AとBに誘導される電気量を,それぞれ求めよ。 (c) 問(b)において, コンデンサーに蓄えられている静電エネルギーを求めよ。 團 (d) 問 (b)の状態から, 金属板Pを電気量Qの正電荷で帯電させたまま, 金属板 の位置をxからx+4xまで微小変位させる。 この変位による, コンデンサー に蓄えられている静電エネルギーの変化量を求めよ。 ただし, x, d に比べて |4x|は十分小さく. (△x) は無視できるものとする。 微小変位によりエネルギ ーが変化するということは, 金属板Pは力を受 ることを意味する。 微小 変位の間は金属板Pにはたらく力の大きさは一定であるとみなして, この力を 求めよ。ただし、極板AからBに向かう向きを力の正の向きとする。

傾きがなぜこのようになるかわかりません。特に最後のやつ、なんで曲がった感じになるのかわかりません。判別の仕方わかる方、教えてくれると嬉しいです

電気力線の本数に等しいとして, 導体棒から[m] 黄 (4) 電界 だけ離れた点の電界の強さE〔V/m) を求めよ。 Ovo Vo M B 820 平行極板間の電界右図のように、真空中に平行に置かれ た2枚の十分に広い電極 ABと目の細かい金属の網Mがある。 A から網M およびBまでの距離はそれぞれ①つであり、Aの電位は 0 B と網Mの電位はV^V^>0)である。 Aからの距離を工とする。当たり の中心に電子(電荷c. 質量 m) を静かに置いたところ、電子はエ の正の向きに運動を始め,網 M を通り抜けてBに到達した。電子が 通る軌道上の電位V 電界の強さEおよび電子の速さんをこの関数 として、横軸にをとったグラフに表せ。 ただし、重力の影響は考 えないものとする。 331 電界と仕事 右図に示したアークは 点0 を中心と 201 1 Hall Vo T IC 2

コンデンサーの問題で電極が挟まると全く理解不能になります。これらの問題の解説お願いします🙏

7 コンデンサー回路と電気力線 図1のように,起電力 Vの電池につながれた 面積 S の平行極板 A, B を間隔 3dで真空中に 置く。 B は接地 (=電位の基準とする) してお り,極板は十分大きく,極板間の電場は一様と 考えてよい。はじめにスイッチ S を閉じ,平 S,\ 行極板 A, B からなるコンデンサーを充電させ た後, Aから距離dのところに極板 A と同じ 電気量を帯びた金属板Cを平行に挿入した。 金 属板Cの面積は極板 A, B と同じでその厚さは十分小さいものとし、 真空の誘電率を " とする。 図 1 (1) 極板 A, C間の電場及び極板 B, C間の電場はそれぞれいくらか。 (2) この回路において, 極板 A,B,Cの位置の電位はいくらか。 (3) スイッチ S を閉じたあと, 極板 Aに蓄えられている電気量はいく らか｡ (4) スイッチ S を閉じたまま, 極板Cを極板Bに近づけていくと,極 板Aに蓄えられる電気量は増える, 減る, 変わらない}のどれか。 る。 また電圧V=Vの電源を図の向きに設 3 3 AC B 次に,図2に示す回路において,極板 A, C, からなるコンデンサー (コンデンサー AC), 極板 C2, B からなるコンデンサー (コンデン サー C2B)は,それぞれ間隔d, 2d で, 図 1 のコンデンサーと同様に面積Sの極板からな S2 d S3 d 2d A C₁ C2 B 2 A P 置する｡ (5) 全ての極板に電荷がない状態でスイッチ S3 を閉じたあと, 極板 B に蓄えられる電 気量はいくらか。 (6) (5) に続いてスイッチ S3 を開いてからスイッチ S2 を閉じたあと, 極板 B に蓄えられる電気量はいくらか。 (7) (6) のとき、図2の点Pの電位はいくらか。 2d 図2

1枚目のbの答えは③なのですが何故ですか？ 2枚目の図2のV'のようになる気がするのですが…

22:00 11月21日 (火) 図1(a)のように、極板間の距離が 3d の平行板コンデンサーに電圧 Vo を加えた。次に、帯電していない厚さd の金属板を、図1 (b)のように極板間 の中央に、極板と平行となるように挿入した。 極板と金属板の面は同じ大きさ同じ形である。 また、 図1(a) および(b) のように、 左の極板からの距離 をxとする。図中には、両極板の中心を結ぶ線分を破線で、 x = d および x = 2d の位置を点線で示した。 Vo V d 2d 3d x V Vo (5) V 0 d 2d 3d 図1 (問1) 図1(a)および(b) において、 十分長い時間が経過した後の、 両極板の中心を結ぶ線分上の電位V と xの関係を表す最も適当なグラフを、次の ①~⑥のうちから一つずつ選べ。 ただし、同じものを繰り返し選んでもよい。 Vo Vo (a) d wakariyasui.sakura.ne.jp x 2d 3d (3) Vo (6) V Vo 1 金属板 d 0 d 2d 3d Vo (b) ・X 2d 3d x V Vo d 2d ①10% | 3d ・x ↓

写真の問題についてですが、「Qが一定ならEは一定」と書かれていますが、式を見るとコンデンサーの誘電率や面積によって電場の強さは変わりませんか？

46 電磁気Ⅱ 解 極板上の電気量をQとする。 +Q [C] からはN=Q 4kQ=Q/〔本〕 の電気力線が出る。 単位面積当たり の本数が電場E [N/C〕 に等しいから ① 一様電場より Qd S ES ES Q=GVQはVに比例し,さらに比例定数はCES E=N = V=Ed= E -Q なお、①はQが一定ならdに関係なくEが一定であることも示している。 Q

⑶の問題についての質問です。 解答には、導体中の電位は等しいのでbcともにcをつかって表しているんですが、この場合bを使って表しても良いのでしょうか？ 理由とともに教えていただきたいです。

実戦 基礎問 68 RU7 $3-710A 380 電気力線と電場 図のように, 半径aの導体球を導体球と同心の電荷を もたない内半径で外半径c の中空導体球で囲み, 半径 a の導体球だけに正の電荷Qを与えた。 導体の球面か ら出る(または入る)電気力線の本数はその面積によら ず一定で,その分布は一様である。また,電気力線の本 1本(so : 真空の誘電率)で与え 数は単位電荷あたり, E0 られるものとする。 中心からの距離が (0<r<a) の位置での電場の強さを求めよ。 中心からの距離がr (a <r< b) の位置での電場の強さを求めよ。 (3) 中心からの距離が6, c の位置における電位をそれぞれ求めよ。ただ 無限遠方の電位を0とする。 (防衛 O 精講 ●ガウスの法則 電気量 Q の電荷から出る (Q>0 の場合) たは電荷に入る (Q<0 の場合) 電気力線の本数 N は, クー の法則の比例定数をk, 真空の誘電率をco とすると, N=4zk|Q|=|Q| 本 (ここでである) E0 発展 閉曲面を出 LI

3番の電場を半分に考えるのが分かりません。 aとbの電場と書かれてるけど、bから線は出てないのにどういうことですか？

CEP 105 くばね付きコンデンサー > (6) 極板の電荷が変わらないから, 極板から出る電気力線の本数は変わらない。 しかし、 誘電体内は誘電分極により電場 (3) 極板間の電場の半分 (片方の極板がつくる電場) によって他方の極板が力を受ける。 は弱まる。 (7) 誘電体を入れても、極板B近くの電場は変化しない。 よって,電気的な力も変化しない。 (1) A + Q, B に - Q を帯電させたから, AB間にはA からBに向けて一様な電場ができ, 電気力線は等間隔に 引ける (図)。 (2) Aから出る電気力線の本数Nは,ガウスの法則より 1 *A- N=-Q E0 よって,電場の強さEは,「EN」よりE= 28 S (5) 電位差と電場の式 「V=Ed」より v=2(d-4d) = (d. Q S A +Q Q² 2kS S QB- S (3) (2)で求めた AB間の電場は,極板AとBによる電場である。極板Aの電荷 による電場EAはE^=1212E である。極板Bの電荷Qが受ける力は, (6) 極板AとBの電荷は変わらないから, ガウスの法則よ り極板から誘電体までの電場は変化しない。 しかし、 比誘電率2の誘電体を差しこむから, 誘電体内の電場は 倍になる。よって,電気力線は図cのようにな 「F=qE」より F=Q12E=102 2S (4) 極板B に水平方向にはたらく電気的な力Fと、弾性力kadとがつりあう(図b)。 Q2 F=kad よって -=k4d ゆえに d= 2ks S d-4d 図 a A++++ B A +Q TOTELI+ + + + TATAL 5 -- + B +++++! ◆A クーロンの法則の比 例定数をko とすると N=4koQ C 1 である。 また Eo= 4ko ←B 別解 コンデンサーの 電気容量をCとすると S C=Eod-Ad Q=CV=Eod-Ad 図 c る。 (7) 極板B近くの電場は (3) の場合と変わらないから、電気的な力は変化しない。 よって V E=d-Ad F \k4d mmmmm 図 b S EOS V C 比誘電率 er の誘電 体内の電場の強さは、外の電 場の4倍となる。 Er

（2）の問題でXを接地することで、金属板X、Yは平行板コンデンサーを構成する、という解釈であってますか?

A ◇96. 〈箔検電器〉 図1のように, 絶縁体の棒をつけた金属板Xと, 箔検電器がある。 箔検 電器の金属板をY, 箔をZとする。 次の文中の ( 内は正しいものを選 択し、内に入れるのに適当なものを、 解答群の中から1つ選べ。 また, (3) 答えよ｡ (1) 初め検電器は帯電しておらず, Zは閉じている。 (a)を正に帯電させてYに近づけると, Z は (ア.開いた・閉じたまま の状態になる。その理由はイである。 標準問題 Z (b)XをYに近づけたまま, Yを指で触れると,Zは (ウ. 開いた・閉じ た)状態になる。その理由は エ である。 (c) Yから指をはなした後に X をYから遠ざけると, Zは(オ.開いた・閉じた)状態にな 図 1 Y る。 X (2)次に検電器を正に帯電させて, Zを開かせておく。 (a) 帯電していないXを, Yの真上からXとYが平行になるようにして近づける。このと Zの開きは (カ.大きくなる・小さくなる)。 (b) その後,Xを指で触れて接地した。 このときの X,Y,Zの電位を, それぞれ Vx, Vy, Vz とすると, その大小関係はキ となる。 (c) Xから指をはなした後に, X を Y から遠ざけた。 このときXに蓄えられている電荷は (ｸ.0・正・負)である。 (3) 図2のように, 金属の板で囲んだ箔検電器に, 帯電した物体を近づける と, 箔の開きはどうなるか。 またその理由も書け。 解答群 ① XはYに接触していないので, XからYへの電荷の移動が起こら ず, 箔には変化が生じないから ② 静電誘導により電子が箔に移動し、 その結果, 負に帯電した箔どう しで斥力がはたらくから ③ 静電誘導により, 電子が金属板に移動し、 その結果, 正に帯電した 箔どうしで斥力がはたらくから 指は絶縁体なので, 指を通しての電荷の出入りはないから 図2 ⑤ 指を通して、箔検電器の外から電子が入ってきて、 箔の電荷が中和されるから ⑥ 指を通して, 箔から検電器の外へ電子が出ていき, 箔の電荷が中和されるから ⑦Vx<Vy<Vz ⑧ Vx=Vy<Vz 10 Vx> Vy> Vz ⑨Vx <Vy=Vz 13 Vx=Vy= Vz ①1Vx=Vy > Vz 12Vx > Vy=Vz [福岡大 改〕

2番のローレンツ力の向きって速さvを力の向きにして左手フレミングでいいんですか？　なんか、違う気がします

120 誘導起電力の発生のメカニズムを考えてみよう。 図に示すように, 磁束密度B [T または Wb/m²] の一 様な磁場(磁界) に垂直に置かれた長さ [m]の1本の 導体棒 CD を、棒自身にも磁場にも直角方向に速度 [m/s]で動かしてみる。 導体棒 B ひ

電場とは、1Cあたりが受ける静電気力であり、1平方メートルあたりの垂直に交わる電気力線の本数であると思います。ですが、 なぜ(1Cあたりが受ける静電気力)＝(1平方メートルあたりの垂直に交わる電気力線の本数)となるのですか？ 誰かが勝手に決めたのでしょうか？それともなにか... 続きを読む