(3) コンデンサーに蓄えられたエネルギーの変化に着目すると, コンデンサー内部にどのよう
な力がはたらいているかを類推できる。 図1の極板間の空間にすっぽりと収まる比誘電率
er(>1)の誘電体を用意し, コンデンサーを充電して電気量Q を蓄えてからスイッチを開
いて図2のように誘電体の一部を極板間に挿入した。 このとき,極板面積Sのx倍
(0<x<1)の部分が誘電体でみたされていた。
(1-x) SxS
d
誘電体
図2 平行板コンデンサーへの誘電体の挿入
Q₁
=
図2のコンデンサーは図3の2つのコンデンサーを並列接続したものと見なすことができ
る。このとき、2つのコンデンサーに蓄えられた電気量をそれぞれ Q] [C], Q2 〔C〕 とすると,
Q1 + Q2 = Q
である。 極板間の電位差が等しくなることから,
ア
1
(er - 1)x + 1
d
× Q.
Q2
X Q
となり、2つのコンデンサーに蓄えられた静電エネルギーの和は次の式で与えられる。
Q² d
280 S
+ Q1
×
- 4
+Q2
-Q1
-Q2
図3 2つのコンデンサー
問9 誘電体を挿入するとき, コンデンサーから誘電体にどのような向きの力がはたらくか,
エネルギーに着目して簡潔に述べよ。