✨ Best Answer ✨
>絶対値をつける必要はないのでしょうか?
問題の流れからすると、つけてもつけなくてもよいと思います。
ただし、次の問題で(V₁+V₂)として使用する(問題文に記載がある)場合は絶対値をつけてはいけません。
>aとhの極板の電荷の合計が0となっていないのですがそれで良いのでしょうか?
コンデンサー①と②の間には-(q₁+q₂)の電荷があるため、aとhの極板の電荷の合計は0にはならないです(+(q₁+q₂)になる)
各コンデンサーで向き合う極板の電荷の合計は0になります。
合計はゼロ0になってますよ
4ヶ所(a、a'、h、h')の合計は0です
両端のaとhは、電池の“電圧”で電荷を調整しています
なるほど、勘違いよくわかります。
ですが、電池は両側の電荷の合計を0にするのではなくて、両側の電位差(電圧)をEに保つものです。
両側の電位差がEになるように電荷が流れ出る(必ずしも合計は0ではない)と考えてください。
何度も聞いてしまい申し訳ないです。電池は、電荷を持っておらず、運ぶだけのものとして認識していたのですが、そうではないのでしょうか??
電荷を運ぶ(左右に押し出す)だけと考えて良いですが、電圧は一定です。
補足:電池は電荷(電子)を持ってますよ。電池の仕組みを調べてみてください。
ボルタ電池と考えれば電池は電子を持っているというのが納得できました!ありがとうございます!なのですが、まだ少し分からないことがあるのですが、今回の場合はこの写真の左下に該当して、電気量はどうしても保存すると思ってしまいました。見当違いのことを言ってしまっていたら申し訳ないです、また、何度も対応して頂きほんとにありがとうございます🙇♀️
「閉じた回路では電荷保存する」と思ってよいです。
写真の図も「閉じた回路なので電池が間にあっても電荷保存する」を示しています。電荷保存は写真の赤点線内です。
「電池は電荷のたまり場ではない」の表現は適切ではなく、混乱しますね。たぶん、「電池は回路を閉じたとき、電荷を吸い込んだり、吐き出したりしない」というような意味で記載したと思われます(わかりやすい表現できなくて、すみません)
さっきの写真の赤線と今回の赤線の部分は閉じた回路で、一緒のことだと思ってて、そうなると、最初の電気量0は保存されると思ったのですが、違うのですか??理解が追いつかず、何度もお時間をいただいてしまい申し訳ないですm(_ _)m
「最初」の意味の理解が違っているようです。
最初とは、電池をつないだときは、電池をつないで安定した状態が最初になります。
「電池は電圧が一定になるように電荷の出入りがある」と考えるとよいてます。
この問題の場合、a'、h'に電荷がたまってるので、電池の電圧がEを保つように、電池から電荷が流れ出て、安定した状態になったときが最初の状態と考えてみてください。
電気量0にしてしまうと、a’、h'の電気量の和も0になってしまい、矛盾しますよ(a’、h'が回路のバランスを崩して、電池が電荷でバランス・電圧一定させてます)
この問題の回路は、全体としては閉じてないですが、a'とh'のところだけ見ると、閉じた回路と考えます。
うまく伝わらないのが、残念です、、、
もしも分からなければ🙇♂️
分かりやすい(と思う)例を考えてみます
また、電池は電圧が一定にするようにするということは、場合によっては電荷を帯びることもあるのでしょうか?
もしよろしければ、例を教えていただけると幸いですm(_ _)mお手数お掛けしてしまい申し訳ないです
回答遅くなります
すみません
全然大丈夫です、ありがとうございますm(_ _)m
「また、電池は電圧が一定にするようにするということは、場合によっては電荷を帯びることもあるのでしょうか?」
↑
ある意味そんな感じです(帯電しませんが)。
長文で、すみません。
これまでの回答で誤った表現があったので、以下の内容で確認ください。
■質問の問題を解くためのポイント(条件等)
・コンデンサーの相対する極板の電荷の合計は0
・孤立した回路の合計電荷は不変
・電池の電圧は一定(理想的な電圧源)であると仮定
理想的な電池とは、
✓回路図で単なる電池は、その端子間電圧は常に一定の起電力を持つとみなす。
✓一定の電圧を供給し続けるという前提で計算を行う。
(電池は電荷を帯びず、中和させています・・・作り出すのと逆変化が片側に生じる)。
■これまでの回答での訂正等
混乱させてしまっていたら申し訳ありません。
・「電池は電荷を持っておらず、運ぶだけのもの」の件
電池は電荷をため込んでいるのではなく、電子を作り、運んでいます(発電機)
”電荷を持っている”という表現は、あまり適切でなかったです。
・「孤立した回路」のことを「閉じた回路」と記載していました(真逆です)
■画像で例を添付
・3つのコンデンサーのうち、1つを切り離した場合
(質問の問題との比較用)
・コンデンサーに帯電した金属板を入れた場合
計算間違いなどありましたらごめんなさい。
すごく丁寧に細かく説明してくださり、ありがとうございました!電池は電荷を運ぶだけのものと勘違いしていて、沢山説明させてしまって申し訳ないです。今まで、コンデンサーに電荷を持った導体を挿入する問題には当たったことなく、そのような理解でたまたまあっていて、勘違いし続けてしまっていたのだと思いますm(_ _)m入試本番でこのような思い違いをしてたと思うと、とてもひやっとします、ほんとにありがとうございます!また、1つ最後に質問なのですが、今回書いてくださった例で上側は電池を含む回路でも極板の電荷が保存されていて、下側は保存されていないと思うのですが、どのようにして極板の電荷が保存されるかされないかは見分ければ良いのでしょうか?
「例で下側は保存されていない」とは、電池側を孤立部分と考えた場合ですね。
”外部から電荷を追加した場合”は、電池側では電荷保存されない場合があります。
(電池を含まない孤立部分で電荷保存を考えた方が良いです)
例えば、上側の図でも、C₁とC₂の間の合計電荷(-3CE)を放電した場合は、電池側の孤立部分は電荷の保存されなくなります。
私は、電荷保存の問題を電池側を孤立部分として解いた記憶がありません(覚えていないだけ?)
不明点・疑問点あれば、どうぞコメントください。
一枚目の写真の一番下の行の他にものところは無視してください!間違えました!
コンデンサーの間にプラスまたはマイナスに帯電した金属板を入れる場合などです。
(プラス、マイナスで0になるものは問題なし…電池側も保存されます)
なるほど、そのQは電池側での孤立部分の電荷保存を考えていますね。
(電荷の挿入などしてないので、電池側での孤立部分も電荷保存がなりたちます)
すべてのコンデンサーの電気量が同じになることを思いつけば解けますが、それは電池側の孤立部分を電荷保存で考えることと同じですね。
名門の風のQ…覚えておきます(笑)
以下のように考えると問題が解けると思います
外部から電荷を追加した場合、他の孤立部分の変化は、
・電池を含む孤立部分では逆符号の電荷が増加する。
(電池が電荷を作って調整し、電圧を一定にする)
・接地されている場合があれば、接地されている孤立部分で、逆符号の電荷が増加する。
・電池がなく、接地されていない場合は、変化しない
計算問題の解き方なので、ミクロ的には異なる状態になっていると思います(特に3番目)
例題としては、名門の森(←風ではく、森でした)のQで、
・2Cのコンデンサの中間に帯電した厚さのない薄い金属板を入れてみる
(例えば+2/5・CEに帯電…解きにくい数値だったらごめんなさい)
なるほど!全部理解しました!私の質問に対して長い時間を割いて、真摯にご対応いただき、ありがとうございました!お忙しい中にもかかわらず、細やかに耳を傾けてくださり、私の疑問や不安に一つひとつ丁寧に応えていただいたいて感謝しかないです。ありがとうございました!
また、風でなく森の方です!(一応、訂正させていただきます。)
すごく丁寧にまとめて下さり、ありがとうございます!疑問、誤解がわかってとてもスッキリしました!改めて、回答ありがとうございました!(電波が悪かったのか1つ前に回答してくださったのが見れていませんでした。)
考えてくださった問解いてみました!また、解いていてひとつ疑問に思ったのですが、書いてくださった
・電池を含む孤立部分では逆符号の電荷が増加する。
(電池が電荷を作って調整し、電圧を一定にする)
で、なぜ、逆符号の電荷が増加することで電圧が一定に保てるのでしょうか?考えてくださった例でそうなるのは納得しているのですが、あまりイメージがわかないです、
電池(理想的な電池)は、電圧を一定に保つので、「電圧が保てる」のではなく「電圧を保つ(維持する)」です。
なので、外部から追加した電荷分はどこかで消化(中和)しないと、回路のどこかで不整合が生じます。
電池または接地して、追加分を相殺する必要があります。
(今回の問題では、電池が追加分を相殺。電池内で帯電してしまっているような感じです)
また、添付されていた画像の解き方だと、片方の電池だけで相殺しているようです。両方の電池で考えないとうまくいきません。
参考に、解き方を画像添付しました(少し違う解き方でごめんなさい)
添付画像の内容に間違いありました🙇
中間に入れたので、4C、4Cのコンデンサーになります
(答えも変わります)
なるほど、理解しました!そのような発想はなかったです!すごく勉強になりました!本当に、ありがとうございました!
ミス多くてごめんなさい、正しく計算したので画像添付しておきます
・金属板を入れたコンデンサーの容量をCにしてしまった場合
・正しく4Cで計算した場合
の2通り
数値で最小であることを確認したので大丈夫だと思います
ご親切にありがとうございます!こんなに丁寧に解説して頂き感謝の気持ちでいっぱいです!













長文の質問にも関わらず、すごく丁寧に回答して頂きありがとうございます!1つ目の質問は理解したのですが、2つ目の質問について、まだ少し分からないことがあって、極板の電荷の合計はプラスになると、回路の中でマイナスになってしまうところがある思ってしまったのですが、違うのでしょうか??