電磁気学Iです。10の問題なのですが、答えでなぜa'からb'の電位差から求めているのかが分かりません。a'からなのは分かるのですが、b'までなのはどうしてですか？

問題 4 図のように、 内半径αと外半径αを持つ導体球殻 (α' > α) と、 内半径と外半径が を持つ導体球殻 (b' b) が真空中に置かれている。2つの球殻の中心は一致してい る。 内側と外側の球殻には、それぞれ、電荷 Qa, Q が与えられている。 球殻は導体 であるので、電荷はその内部には存在しない。 内側の球殻に関しては、この状態で は、内面に電荷はなく、 Q は全て外面に分布している。系の対称性から、 電場、 静 電位は中心からの距離rのみの関数であり、 それぞれ、 E(r), Φ(r) と表記する。 ま また、無限遠方での静電位は0とする。 このとき、 以下の問いに答えなさい。 4-1) a' <r < b(2つの球殻の間) での E(r) を示しなさい。 a' + But 4-2) b <r<b (外側球殻の内部) であるような半径の仮想球の内部に含まれる電荷 Q' を示しなさい。 また、外側 球殻の内面に生じている電荷 Q61、 外面に生じている電荷 962 も示しなさい。 4-3) r>b (外側球殻の外部) での E (r) を示しなさい。 440≤r の範囲で、 横軸がr、 縦軸が電場E(r) のグラフを書きなさい。 極大点の値やの依存性などは適宜 記入して、解答の意図を明確にすること。 4-5)rb (外部球殻の外側)でのΦ(r) を示しなさい。 4-6) br<b' (外側球殻の内部) でのΦ(r) を示しなさい。 4-7) a' <r <b(2つの球殻の間)でのé(r) を示しなさい。 480 の範囲で、 横軸r、 縦軸 é(r) のグラフを書きなさい。 極大点の値やの依存性などは適宜記入して、 解答の意図を明確にすること。 4-9)2つの球殻の間の静電容量 C を求めよ。 4-10) この状態から、外側の球殻を接地した。 この時の2つの球殻の間の静電容量 C を求めよ。

量子力学の問題です。 わかる方おられませんか

2. 外部磁場中の荷電粒子の量子力学、 Landau 準位 ベクトルポテンシャル A(t,x)、 スカラーポテ ンシャル (t,x) がある3次元空間の中を質量m、 電荷eをもつ荷電粒子の運動を考える。 その運動量 をp、 位置座標をェとすると、 荷電粒子を記述するハミルトニアンは以下で与えられる。 1 H(t, z,p) = -(p- eA(t, x))² + eo(t, x) 2m (1) (1) この荷電粒子を表す波動関数を重(t,x) としたとき、 確率密度と確率の流れの密度は、ベクトルポ テンシャルがない (演習問題No.1の) 場合に対し微分∇を 「共変微分｣Dに置き換えることで 得られることが知られている。 p:=²=v*v, J:= {*D-(D)*} ここで、 2m D:= V-ie A, +∇ ･J=0が成立することを示せ。 とおいた。このとき、連続の方程式 (2) 電場E = -Vo-b と磁場 B = ∇×4が次の(ゲージ) 変換で不変であることを示せ。 at 以下電場はなく、静磁場のみがある場合を考え、磁場が向いている方向を軸とする: B = (0,0,B) Əx AA'′=A_∇入, 中→d=6+ at ここで、 入 = \(t,x) は任意のスカラー場である。 さらに荷電粒子の波動関数も同時に →=e-ie (5) と変換させた場合、 Schrodinger 方程式場=H(t,x, l∇)が変換した場に対しても同様に成 立することを示せ。 A = (0, Bx, 0) にとって、とzに依存しない波動関数 (x,y) を調べる。 (2) このとき、トの取りうる範囲を求めよ。 (3) この背景の下で縦と横の長さがLz, Ly の長方形状の十分薄い平板を0に {(x,y)|0 ≤x≤LT, 0≤y≤Ly} (7) のように置き、この平板内に束縛される荷電粒子の運動を調べる。 このとき、以下のように、ベクト ルポテンシャルを Landau ゲージ (8) (4) このことを、Schrodinger 方程式がゲージ変換のもとで共変性をもつor 共変的である、などという。 同じ量子数をもつ状態がなす部分ベクトル空間の次元のことをその状態の縮退度と呼ぶ。 (6) (3) 波動関数 (x,y)=(x)eikyのように変数分離して荷電粒子に対する時間に依存しない Schrodinger 方程式を解き、 固有関数とエネルギー固有値を全て求めよ。 ただし、演習のプリントで与えられ た特殊関数は説明なしに用いて良いものとし、 規格化も行わなくて良い。 (4) 波動関数 (x,y) は方向に周期境界条件を満たすとする。 v(x, y) = v(x,y + Ly) (5) 基底状態に対しょ軸の位置演算子の期待値 (z) をe, B,kを用いて表わせ。 また、 位置演算子の期 待値が平板内に存在する条件から、 基底状態の縮退度を求めよ。

電気電子回路です。 この分野の専攻ではないのでできるだけわかりやすく説明していただきたいです。 よろしくお願いします。

R (1-1) 10, (1-2) 20 (1-3) 30, (2-1) 10, (2-2) 30, (2-3) 15, (2-4) 10 (1) 演算増幅器 (operational amplifier) 抵抗 (resistance), キャパシタンス (capacitance) から構成される回路 (circuit) について以下の各小問に答えよ.なお,図中の記号は以下の凡例に従うとする.また, 正弦波交流電 圧 (sinusoidal AC voltage) は複素数 (complex numbers) 表示されており、 その絶対値は実効値 (effective value) を表すとし,演算増幅器の利得 (gain) 及び入力インピーダンス (input impedance) は無限大, 出力インピーダ ンス (output impedance) は0であるとする. 虚数単位 (imaginary unit) が必要な場合には」 を用いること. V V. d+o 凡例 + 図1 aR R otol C tr (11) 図1に示す非反転増幅器 (non-inverting amplifier) の利得 A = Vout/Vim を求めよ。 なお は 0 または正の実 数である。 Vout V (12) 図2に示す回路において, 角周波数 (angular frequency) の正弦波交流電圧を印加した. 回路の利得を =vk/vo としたとき、βの絶対値を最大とする角周波数 ac を R, Cの式として示すとともに, w=a の 時の入力電圧に対する出力電圧 Pb の位相差 (phase difference) を求めよ。 (feedback circuit) として図2の回路を追加した図3の回路を考える. 今,α を0から 回路 (13) 図1の回路に 連続的に増加させながら出力 Vout を観測したところ、あるαの時に発振 (oscillation) を開始した. この時 の及び発振周波数 (oscillation frequency) を R, Cの式として示せ . 抵抗値R を持つ抵抗 〇 静電容量 (electrostatic capacity) Cを持つキャパシタンス ○ 正弦波交流電圧を出力する電圧源 演算増幅器 接地 (earth connection) C R 3 図2 Rok 20 V₂ V₂ aR 図3 R Vout -o

電磁気学のローレンツ力(電子の運動)問題になります。 赤のマークで運動方程式が示される理由と、複素数を用いた連立微分方程式が分かりません。教えていただけると嬉しいです

82 一電磁場中での運動 (複素数による解法) - 電場E (ax, ay, 0) (a>0)の場の中で電子が引力を受けて ry- している。これに外部から磁束密度B = (0, 0, B) の磁場をかけたとき、振動が つに分離することを示せ､ 【ヒント] 位置座標x,yに対し, 複素数z=x+iy を使え. 【解答】 電子の質量をm、電荷を−e とすると運動方程式は mx=-eax-ey Bo my=eay+exBo となる、磁場がかからないとき、電子は角周波数wo =√ea/mの単振動をしている の連立微分方程式を解くとき, z=x+iyの複素数を使うと NOT mz-ieBoz+eaz=0 が得られる、この微分方程式の特性方程式はmi-ie Boi tea=0 である. は λ = iwt, eBo ±√e²B+4mea 2 m W+ となる.したがって、 基本解は二つの振動モード (4, _ によって N x = Ricos wt + R2 cos w_t { y= Risinwt + R2 sin w_t と表わされる. 二つの振動の分離幅は+>0,w_<0 より w+ −|w_|=- z=x+iy=Reiott + Rzeiw-t→ 2 www. eBo m となる. 電子の運動はw+, W_ の合成運動となる.

この問題の解き方が分かりません

[宿題 1] 図に示すように半径 a [mm] の内部導体球と内半径b [m] の外部導体球殻で構成されるようなコンデンサがある. 導体間を空気 (誘電率 co [F /mn]) で満 たし、かつ誘電率 €[F/m] の厚さ t[m] (t < b - a) の誘電体を内部導体球の外側に接して置いたとき, コンデンサの静電容量Cを求めよ. b

この問題の(4-5)を教えていただきたいです。

【問4】半径 a の導体球(右図の白い円)を、半径がR で比誘電率 E, の 誘電体で覆い(右図の灰色部分)、導体球に +Q の電荷を与えた。真空中 E。 の誘電率を。として以下の問に答えよ。 R (4-1) 半径r(asr<R)の同心球を考える。球面上での電束密度 D を 求めよ。 (4-2)誘電体中の電場 E, を求めよ。 (4-3) 半径r'(r" > R)の同心球を考える。この球面上での電束密度 D'を求めよ。 (4-4) 誘電体外部の電場 E; を求めよ。 (4-5) 無限遠点を基準とした導体球の電位Vを求めよ。

この問題のの答えを教えてください。

1. 電磁気学の知識を用いて、外径 a の内部導体(電位 V%)と、内径 bの外部導体(接地)からなる無限長 同心円筒コンデンサの電位 V(p) を求めよ。ここで pは、同心円筒の中心軸から電位を測る点までの距 離とする。 a= 0.5 [cm], b =1 [cm], Vo = 1 [V,p=r[cm] とし て、V(p) をボルト [V] 単位の数値の関数 φ(r) で 2. 表せ。

どなたか解説付きで教えてください！！

鉄A, B, Cの温度を求めよ。 外部との熱の出入りは無視できるものとする。 以下の条件のもとで頭蓋骨が骨折するかどうかを判定せよ。 の質量2kg の硬い物体が頭上 4.9 m の高さから頭の上に落下する。 物体が頭に触れてから静止するまでの時間を00 秒, 物体と頭の接触面積を1 cm? とする。 頭蓄骨は 10° N/m? の応力 (圧王力) がかかると骨折する。 2 真量1kg の3個の鉄A, B, Cと, 質量3kg の鉄Xに対して, 以下の操作を行った後の 鉄A, B, Cの温度を0℃, 鉄Xの温度を160℃にする。 の鉄Aを鉄Xに接触させ, 温度が一様になったら離す。 ③鉄Bを鉄×に接触させ, 温度が一様になったら離す。 ④鉄Cを鉄×に接触させ, 温度が一様になったら離す。 図の回路において, 1 番左の抵抗だけが22で, それ以外の抵抗はすべて 1Ωである。2 2の抵抗に1A の電流が流れている。 (1)電流2~1s を求めよ。 (2) 全体を一っの抵抗とみなすと, その抵抗値 Ra は, P』から入ってQ4から出ていく電流 R。を小数点以下第2位まで求めよ。 3 P4Q4間の電圧 と表される。 P1 P2 P3 P4 これだけ22 1=1A I3 Is Ir Q4 Q3 I6 Q1 Q2 I2 IA Is 図1

何故プリントの最後の仕事の式がpΔvでなく積分した式になるのか教えてください

*気体の体積変化による仕事 熱力学は、蒸気による熱機関 (たとえば蒸気機関車)の効率を改善する必要から生み出された原理 → 仕事 = 気体の体積変化(膨張·圧縮)による仕事 シリンダーとピストンからなる系において。 外部圧力 Pa の気体が膨張したときの仕事 -dWは、 *仕事 = カ× カが働いた距離 小 *カ=圧力× 面積 に逆らってシリンダー内部 水 外圧 Pa ピストン (断面積 S) 熱した 水藩気 でていれ ポイラー であるから AP -dW=Fdl=DPa S d/=Pa.dV (負号は系が外界に仕事をするため) P,V シリンダー クランク シャフト シリング 動輪 体積がV, から V,まで変化したときの 仕事 -Wは 図4. 蒸気機関車の原理図 一W=P.dy

弦の定常波の振動数の測定の範囲です。 予習問題の（2）の問題a b cが分かりません！答えを教えてください！！！！！！よろしくお願いいたします！！！！！！

が得られる。 式と呼んでいる。 刀性 数の測定 振動させると図のような定常波ができた。 弦の 線密度を9.80×10-4 kg/m, 重力カ加速度を9.80 m/s? として問に答えよ。 221 いま。 +x方向に進む波として正弦波関数 y(x, t) = A sin (wt-kx) (16) を仮定すると, y(x, ) dr? 弦を伝わる波の波長入 [m] はいくらか. 弦を伝わる波の速さ [m/s] はいくらか. 音叉の振動数f[Hz] はいくらか. 2- = ーk°y(x, t) = -k?A sin (wt-kx) 実験 (17) 1. 実験装置および器具 弦定常波実験器,発振器, 電子天秤, 周波数 シンセサイザー, 弦(糸), おも り (5g, 5 個),物差し y(x, t) - -w°A sin (wt-kx) or2 = -0°y(x, t) (18) となり、これらを(15) 式にあてはめると 2 k? (19) 2. 実験方法 2.1 糸の線密度の測定 の が得られる。(19) 式を変形すると横波の速さ として (1) 糸を1.2m位切り取り, その長さLを の T 測定する。 (2) 切り取った糸の質量 mを電子天秤で測 定する。 (3) 糸の線密度のを求める. 線密度はσ= 0= k (20) V 0 が得られる。 さらに,一x方向に進む波として次式 y(x, t) = A sin (wt+kx) を考えても全く同じ結果が得られる. なお,(16)式と(21)式に適当な係数を掛け て加えた式もまた,波動方程式の解(一般解) になることをつけ加えておく. (21) m/Lで得られる。 2.2 おもりの質量の測定 5個のおもりに番号をつけ, それぞれのおも りの質量Mを測る。 2.3 定常波の波長の測定 (1) 図7のように, 弦定常波実験器と発振器 予習問題 (1)定常波について簡単に説明せよ。 図のように弦の一端を音又に取り付け, 他 端に滑車を介しておもりを下げる.この音叉を を配置する。 (2) 発振器の外部入力端子と周波数シンセサ イザーの出力端子が接続されている場合に は,その接続を外す。 (3) ビボット滑車をできるだけ振動子から遠 0.75 m 0.012 m ざけて固定する。 (4)糸の一端を弦固定柱に固定し, 次に, 他 端を振動子の穴に通し, おもりを1個つけ, 糸を滑車にかける. (5) 出力調整つまみを反時計方向 (左回り) に回しきる。 (6)周波数調整つまみを矢印に合わせる。 (7) スイッチを入れ, 出力調整つまみを右に 音叉 →x[m] 0.75 0 おもり 質量 1.00 kg (14)式の説明,xが微小変化したときの関数f(x) の変化分の公式として f(x+dx)-f(x) = f (x) dr が知られている。この式のf(x) として (x p 応させると(14)式が得られる。 を対