（2）についてです。 なぜdの値が逆になってしまっているのか解説を読んでいても分かりません。解説出来る方お願い致します。

353 極板間引力 極板間隔がd[m], 電気容量が C [F] の平行板コンデンサーがある。 このコンデンサーを電圧V[V] で充電した後, 電源を切った。 (1) 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。 次に、右図のように, コンデン サーの極板上の電荷が逃げないよ うにして極板間隔を⊿d 〔m〕 だけ 広げた。 (2) このときのコンデンサーの静 電エネルギーを求めよ。 d + + + + F AF 極板間引力 Ad 絶縁体で固定 + + + + + + + VF F ゆっくり下へ引く

ローレンツ力の範囲です。(4)について質問なのですがeは何故マイナスを付けないのでしょうか。

半導体を用いて磁束 密度を測定する。 図のように x,y,z軸をとり、電流の 担い手が電子である半導体を置く。この半導体は x,y, 方向の長さが α, b, c の直方体である。 x軸に垂直な 面をP, Qで,y軸に垂直な面をR, Sで表す。 (1) 半導体の面Rから面Sに向かってy軸の正の向きに 第19章・電流と磁場 161 A BI J [電流Ⅰ〔A〕 を流した状態で, 磁束密度B[T]の一様な磁場がx軸の正の向きに加わる ようにする。 このとき, 半導体の内部を平均の速さv[m/s] y 軸方向に移動する 電子(電気量 -e 〔C〕) は,磁場から力F [N] を受ける。 Fの向きと大きさを答えよ。 (2) x軸方向に電流を取り出さないものとすると、この方向に電場 Ex〔V/m〕 が現れる。 ① 電場 Ex が生じる理由を述べよ。 ② 電場 Exの大きさを求めよ。 ③ 定常状態で,面Pと面Qの間に生じる電位差 Vx 〔V〕 を求めよ。 ④ 電位が高いのは面P, 面Qのどちらか。 X ●(3) 半導体内の1m²当たりの自由電子の数をn 〔1/m² 〕 とする。 電子が移動する平均の 速さを,電流Iの関数として表せ。 OL ●●(4) α =5.0×10-3m, b=1.0×10m,c=5.0×10m, n=2.5×10 /m²の半導体を用い て磁束密度を測定した。 半導体に流す電流を I=2.0×10-A としたとき, 面Pと面 Qの間の電位差は Vx=5.0×10-V であった。 磁束密度Bの大きさを求めよ。 ただ し,e=1.6×10 - 19 C とせよ。

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

写真の波線部について質問です。十分時間がたったらコンデンサーの電気量は変化するとのような書き方がされていますが、コンデンサーは電池がなくなっても(スイッチが切れても)電気を蓄え続けるのではないのですか？なぜ電流が流れ出し電気量に変化が起こるのか解説よろしくお願いします

(3) スイッチを開くと, C の上側の正の電気と, 2C の下側の負の電気が 引力で引かれ合って, 放電が始まる。 「スイッチを開いた 直後」なので, 「コンデ ンサーから電流は流れ 出すが、まだ時間が 縫っていないので、電 気量に変化はない｣と いうこと。 よって, 図cのように Cの電気量は CV, 2C OFF!直後 の電気量は2CVのまま同じ で,電流ﾑが放電して いる。 ⑦ : + IR + IR-V2 - :. I₁ = = = 1 2R (V1 + V2) V 6R Sp 1 2 2R (V + 1/ V) ・V 9 20 週間放電 10₁ I₁ IR Stem C ア I₁ 015 TR →h L 図 C ++++ ま +C VS 91.2 まだ 不変 V₁ -CV₁ ++++_ +2CV₂ V₁ V1 = 0 0=V - Si + US+ : ⑧ { 0=-40-1)+0+0+0 2C V₂ -2CV₂ DEUS (RE

(2)について質問です。 解説では抵抗R(コンデンサーがない方)には電流I'が流れると新しく文字で置いてますが、コンデンサーの方に電流が流れないのであれば、(1)で電池を流れた電流Iがそのまま抵抗Rを流れるのではないのですか？解説よろしくお願いします

チェック問題 2 コンデンサーのスイッチの切りかえ はじめ、すべての電気量は0で ある。 図の回路で (1) スイッチを閉じた直後に2R の抵抗を流れる電流I を求めよ。 十分時間後のコンデンサー Cの電気量Qを求めよ。 解説 (1) 「スイッチを閉じた wwwm 「直後」というのは｢コンデンサー に電流が流れ込み始めたが,ま だ電気量は0である｣というこ とだね。 図a のように作図する。 2Rに流れている電流Ⅰの一部 がiに,残りがI-iとなって いることに注目しよう。 ⑦ : +2RI + iR-V = 0 ③ : +0 +0 + (I - iR- iR = 0 :.I= 2V 答i= 5R V 5R = (2)「十分時間後」というのは「も はやこれ以上コンデンサーに電 流は流れ込まない」ということ だね。図bのように作図するぞ。 ⑦ : +2RI' + I'R-V= 0 ③ : +V+V+O-IR=0 :-CV1 + 2CV2 図b V= 0 図 a R (3) (2)の後, スイッチを開いた直後にRの抵抗に流れる電流 を求めよ。 2RI ヘア |スイッチ 2R ON! 直後 0=N-N-Aga I-i ハイ) il DiR図 で OS NO SE SONOS 2RI' R (ア) TC) 十分時間後 (I-i) R 標準 10分 0 I'R 0 Ho Hol 流れない C 2C 0 2C 0 カラ 0 カラ I-i 6() 0 +CV₁ CV -CV₁ +2CV2 2CV₂ -2CV₂ 流回路 177

（2）で合成容量を使うのはなぜですか？V1なら4.0μFじゃダメなのですか

200 第4編 電 375. コンデンサーの接続図で C は電気容量 4.0μFの コンデンサー C2 は同じく 8.0μFのコンデンサー, Sはスイッ E は電圧 3.0 × 10²V の直流電源である。 初め C1, C2 に電 荷はないとする。 (1) スイッチSをA側に倒し, C2 を充電する。 このとき, C2に 蓄えられる電気量Q2 〔C〕 を求めよ。 PAP =C1 B A S & PUR C₂0 744 (2)次に,スイッチSをBに切りかえた。 C1 の両端の電圧 V1〔V〕 を求めよ。 物 (3) 再びスイッチSをAに切りかえ, 充電した後Bに倒した。 C の電圧 V2 〔V〕 を求め 例題 75.381

なぜ（2）のC上とかに×2をするのですか？

板に蓄 満たし 題 73 このときの極板間の電位差 V' を求めよ。 374. 誘電体の挿入 V[V] の電池をつないだ電気 容量 C〔F〕の平行平板空気コンデンサーがある。次の(1),V_ (2)のように,両極板間に比誘電率 εr の誘電体を入れた 場合について, コンデンサーに蓄えられる電気量をそれ ぞれ求めよ。 図 1 (1) 図1のように, 極板間の右半分を誘電体で満たした場合の電気量 Q1 [C] (2) 図2のように, 極板間の下半分を誘電体で満たし, その誘電体の上面を厚さの無視で きる金属板でおおった場合の電気量Q2 [C] 例題 74,383,385 例題 74,382,384 図2

なぜ合成容量を使うのですか？（2）

200 第4編・電気と磁気 375. コンデンサーの接続図で C は電気容量 4.0μF の コンデンサー, C2は同じく 8.0μFのコンデンサー,Sはスイッ 子 3.0×102V の直流電源である。 初め C1, C2 に電 は電圧 376. コンデンサーの接続 コンデンサーC1, C2 と起電力 V,2Vの2つの電池、および2つのスイッ チ S, S2 を図のように接続した回路がある。 コンデ ンサー C, および C2 の電気容量はいずれもCであり, 初め、スイッチ St, S2は開いており、2つのコンデン サーには電荷が蓄えられていない。 (1) スイッチ S」を閉じて十分 を求め上 V. C1 荷はないとする。 (1) スイッチSをA側に倒し, C2 を充電する。 このとき, C2 に 蓄えられる電気量Q2 [C] を求めよ。 (2) 次に, スイッチSをBに切りかえた。 C1 の両端の電圧 V1 〔V〕 を求めよ。 (3) 再びスイッチSをAに切りかえ, 充電した後Bに倒した。 C の電圧 V2 〔V〕を求め 例題 75,381 S1 BA HH S HH :C2 E- C1 C 2 40E

なぜ電源のした死語とでQ1を使うのですか？Q2は使わないのですか？

す。 195-6 C[F] ob C2 [2C(F) (1) ｢電圧1周0ルール」⇒E=V1+V2 • [Q=CV] ⇒Q₁=CV₁ Q2=2CV2 3 ・「独立部分の電気量の総和は不変」 E ⇒0=-CV1+2CV2 -Q₁ 0=-V₁+2V/₂4 ① ④ より V1==E, V2= ...... 2 .....② =1/261=1/23 3 [C〔F〕 静電エネルギーの変化: U = - 3 電源のした仕事 静電エネルギーの変化 - CE2・・・ 箸 抵抗がない場合は 導線を通るときに ジュール熱が発生したと 考えるんじゃ 電源のした仕事 Q [C] を Eだけ持ち上げたので QE=CVE==CE2 2012/24 CE2 3 Vil: V21 +Q1 == 1/2 G₁V²= = 1/2 ( ²3² E) ²= 1² + CE ² U2= ・C2V 2 回路で発生したジュール熱をJとすると 2 2 CE²=CE²+ CE²+J₁ 9 ;C 独立部分 Q₁: +Q2: 2C 途中までの解法は 今までと一緒だね 18 CE2

(1)で電流がE→C1→R2→C2→Eの向きで流れるのは何故ですか？

94 15 直流回路 必解 115. <コンデンサーを含む直流回路> 抵抗 R1, R2, R3, コンデンサー C1.C2, スイッチ S1, S2 および 電池Eからなる回路がある。 R1, R2, R3 の抵抗値はそれぞれ2Ω, 4Ω 6Ωであり, C1, C2 の電気容量はともに4μF, E は起電力が 12V で内部抵抗が無視できる電池である。 最初 S は開いており S2 は閉じている。 (1) S1 を閉じた瞬間に R2 を流れる電流はいくらか。 (2) S1 を閉じて十分時間がたったとき R2 を流れる電流はいくらか。 (3) (2) のとき, C に蓄えられた電荷はいくらか。 (4) 次に, S と S2 を同時に開き, 十分時間がたった。 そのとき C に加わる電圧はいくらか｡ (5) (4) のとき, R1 で発生する熱量はいくらか｡ [東京電機大改] C1 S2 R3 S1 R₁ R₂ 必解 116. <電球とダイオードを含む直流回路〉 図1のように,電球, ダイオード, 抵抗値 20Ωの抵抗, および電圧 値を設定できる直流電源からなる回路を考える。 電球は図2のような 電流電圧特性をもつ。 ダイオードは図3で示すように,電圧 1.0V 未 満では電流 0A, 1.0V以上では電流 [A] = 0.20×(電圧 〔V〕 -1.0)の 電流電圧特性をもつ。 次の問いに答えよ。 (1) 電球の電流電圧特性に着目する。 電球の抵抗値は一定ではなく, 電圧や電流の値によっ 抵抗 20Ω 本 て異なる。 電球の抵抗値が26Ωになるときの, 電球に加わる電圧を有効数字2桁で求め よ。 S ダイオード 図1 電球 電源