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Physics Senior High

金属球殻Nが単独で形成する電気力線が0の理由を教えてください

「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》 /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,k。。。 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, 真空中でのクーロロンの法則の比例会 k。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。 *2a のときは、金属球Mから出る電気力線は金属球Mの中心O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= 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の電気量をもっように帯電 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0'が金 属球Mの中心0に一致するように配置した。ただし, a<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0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'=[_カ である。また, 金 属球殻Nに対する金属球Mの電位Vaa. lith 金属球殻Nの内部には電気力線は生じないので, VaM=| キ]である。 金属球Mと金属球殻Nは,電位差 Vaa 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 金属球 M 0- Q O° 0,0 図1 図2 図3 G (m のさ、

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Physics Undergraduate

この2問、教えてください!! 7/25まで!!!

R R。 1.右図に示す4つの抵抗 Ri, R2, R3, R4 からなる回路で、 AからBに電流1 を流した。S のオンオフにかかわら ず電流1が一定になるための条件を 求めよ。 A S 「B R2 R。 (注、S がオンの時の合成抵抗とオフの時の合成抵抗が等しくなることを利用して解く。または、 S の両端 で電位差が所持ないことを利用して解く) 1. 半径 a.b (a<b) の同心の導体球殻 A,B があり、両球 殻に挟まれた空間が、電気伝導率のの電解質溶液で満 たされている。A.Bをそれぞれ正負の電極にして電流 を流した時の電気抵抗を求めよ。 B (注、授業の例題で説明した筒状の導体容器に満たした電解質溶液の電気抵抗を求める問題と、 解決の方針 は同じである。筒状の導体容器の場合は筒に垂直に放射状に電流が流れたが、 同体球殻の場合は、 点電荷 の作る電気力線のように、 中止がから均等にすべての方向に放射状に電流が流れる。 2つの導体球殻の間に 中心の等しい球面 (閉曲面) を考えると、 全電流は球面を貫くので4m()となる (i(r)は電流密度)、 よっ て電場は E(r)-())aから求めることができ、 電極間の電位差を計算すれば電気抵抗を算出できる

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