Physics
高中
已解決
コンデンサー
(4)コンデンサーの静電エネルギー変化を求める際にコンデンサー極板間隔を広げるとVが増加することから3枚目の1行目の式を立てたのですが、解答にこの選択肢がなかったため、他の公式から導き出しました、
静電エネルギーが変化する際、½CV²のうちひとつのVは元々の電圧、もう1つのVは変化後の電圧という扱い方をするのでしょうか、、、？？
図のように, 内部抵抗の無視できる起電力Vの電池,抵抗値 Rの抵抗,電気容量
Cのコンデンサー, およびスイッチを直列につないだ回路がある。
$5 抵抗とコンデンサーの回路
165
抵抗とコンデンサーの回路
$5
*129 (12分-20点】12/3/
抵抗(R)
電池(V)-
ニコンデンサー(C)
スイッチ
開1 スイッチを閉じた後しばらくすると電流が流れなくなった。このとき,コンデ
ンサーに蓄えられた電気量はいくらか。
0-CV @ CV @
1V
2 R
V
R
問2 問1で,電池のした仕事のうち, 一部は抵抗で発生する熱エネルギーとなり,
残りはコンデンサーに蓄えられる。スイッチを閉じる前にはコンデンサーに電荷は
なかったとすると, スイッチを閉じてから電流が流れなくなるまでに抵抗で発生し
た熱量はいくらか。
0-CV2
2 CV°
1 V2
2 R
R
問3 スイッチを開き, コンデンサーの電荷を再びゼロにした後,抵抗値がより大き
な抵抗に取り替えてスイッチを閉じた。このときの様子を表す文として最も適当な
ものを一つ選べ。
0 抵抗での電圧降下が大きくなり, 充電時間が短くなった。
2 抵抗での電圧降下が大きくなり, 蓄えられる電気量が増加した。
抵抗を電流が流れにくくなり, 充電時間が長くなった。
抵抗を電流が流れにくくなり, 蓄えられる電気量が減少した。
問4 コンデンサーを充電した後に, スイッチを開いて, 平行板の間隔を2倍にした。
このとき,コンデンサーにした仕事はいくらか。 正しいものを一つ選べ。
0-cve Cy* @
o
1 /2
2 R
R
問5 次に,スイッチを再び閉じた。この後の抵抗を流れる電流について正しいもの
を一つ選べ。
0 電流は流れない。
2 電流は電池→抵抗→コンデンサーへ流れ, しばらくすると流れなくなる。
電流はコンデンサー→抵抗→電池へ流れ,しばらくすると流れなくなる。
電流は最初。 電池→抵抗→コンデンサーへ流れるが,しばらくすると逆に流れる。
6 電流は最初.コンデンサー→抵抗一電池へ流れるが,しばらくすると逆に流れる。
い帰合に覧
スイッチを閉じた直後に流れる電流 I=D
とは, 抵抗値が大きいほど小さくなる。十
分に時間が経過したとき, コンデンサーに蓄えられる電気量Q=CVは抵抗値によらない。
抵抗値が大きいほど小さな電流で同じ電気量を蓄えるから, 充電時間が長くなる。 答は8.
問3
CV
抵抗値を大きく
した場合
流作用職
0
→t
コンデンサーを充電した後, スイッチを開くと, コンデンサーに蓄えられた電気量
Q=CVは不変となる。コンデンサーの電気容量は平行板の間隔に反比例する(問題112参照。
問4
S
C=€o
)。平行板の間隔を2倍にすると電気容量は一になる。
C
求める仕事 Wはコンデンサーの静電エネルギーの増加分に等しいので,
_&_1
2-5 2C 2CCV2
2
W=
M m
となる。この仕事は平行板の間にはたらく静電気力に逆って平行板を広げるときに外から加
えた力のした仕事である。
問5 問4において電気容量が、となったコンデンサーの電圧 V'は,
CV-
『=2=2=21/
C
2
ようし
である。Vは電池の起電力より大きいので, 電流はコンデンサー→抵抗一電池へ流れる。
コンデンサーが蓄えている電気量は減少し, やがて十分に時間が経過したとき, コンデン
サーの電圧は電池の起電力「Vに等しくなり, 抵抗の電圧降下は0となる。つまり, 電流は
流れなくなる。答は。
スイッチを閉じた直後, 抵抗にかかる電圧は, VーV=Vであるから, 流れる電流は
I=
っである。また, 十分に時間が経過したとき, コンデンサーに蓄えられた電気量は,
R
9-Svである。
130
() wsLetv". Ler
2
2
て16.25--05
Lar
Icr
W:LQ.2V.
2
解答
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