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物理 大学生・専門学校生・社会人

電気双極子がつくる電場の導出過程において、 赤線部分の式変形が分かりません。 ご解説よろしくお願い致します。

9 電荷と静電場 電荷の大きさを4, 負の電荷から正の電荷にいたるベクトルをdとするとき, p=gd をその電気双極子の双極子モーメントという (図 9.26) 電気双極子がどのような電場をつ (9.43) くるかはpによっている。 一酸化炭素COや水H2Oなどの分子は電気的に中性だが,電子による負の電荷の分布の中 心と原子核による正の電荷の中心が少しずれている。このような分子は電気的には電気双 極子とみなすことができる. 電気双極子による電場を,まず電位を求め,それから式 (9.42)によって電場を計算す る,という方法で求めてみよう. 1 V(r)= 4760 (√r-d/2\_\r+d/21) 正負の電荷の中心を原点とし,正の電荷g はd/2に,負の電荷-gはd/2にあるとする. このとき, rにおける無限遠を基準点にする電位は,式 (9.37 ) により 191 図 9.26 電気双極子 1 \r-d/2 = (r²-d.r) + = 1/(1+d+r) となる。第2項はdの符号を変えればよいから, となる.ここで|d|は小さく, |d|<|r|であるとして, dについて1次までの近似でV(r) を 計算する. 式 (9.44) の( )内の第1項では, dについて2次以上の項を無視すれば, |r-d/2|=(r-d/2)・(r-d/2) r²-d.r したがって,式 (A.28) の近似を使って dr \r+d/2₁ ==—= (1-2;r) となる。これを式 (9.44) に代入し, (9.44)

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(c)(d)(e)を教えて欲しいです

5. 断熱壁でできた体積一定の筒状容器の中に、断熱壁L をはさ んで気体 A と気体 B を充填した。壁L は、固定をはずすと動 くことができ、容器の壁との間の最大静止摩擦力は無視できる ほど小さいが、動摩擦力は有限であるとする。 断熱壁エ上 はほか と熱のやり取りをせず、体積変化もないため、その内部エネル ギーは変化しない。 はじめ、壁[は固定してあって、 気体 A が気体B より高圧だっ た。その後、壁L の固定をはずした。それから十分時間が経 つまでの間に、和気体 A がした仕事を I、、気体 B がした仕事 を Im、壁【 と容器の壁の間の摩擦のために発生した熱を Q、 気体 A, B の内部エネルギーの増加をそれぞれAO、, AO』 とす る。なお、摩擦熱 つ は、半分が気体 A に、残りの半分が気体 B に与えられたとする。また、摩擦で壁が削れる効果 (やその ための壁物質の内部エネルギーの増加) は無視できるとする。 以下の問いに答えよ。なお、例えばa. b. d, e.c のように順番 を変えて答えてもよい。 断熱壁でできた体積一定の容器 ee] ど! 固定をはずすと左右に動ける断熱壁L (a) PA, Is の符号をそれぞれ答えよ。 (b) AC、 を、 !、 と 0 を用いて表せ。 同様に、 AOs も求めよ。 17 (c) IWA| とTPG| は等しいか。 等しくない場合はどちらが大 きいか答えよ。理由 (または導出過程) も書くこと。ただ し、壁 が受ける動摩擦力は十分大きく、壁は一方向に しか動かなかったとする。 (d) AA + AO は、正、負、ゼロのいずれであるか、理由を つけて答えよ。 (e) ⑦ を、T、 と IT を用いて表せ。

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(c)、(d)、(e)を教えて欲しいです。

5. 断熱壁でできた体積一定の筒状容器の中に、断熱壁[ をはさ んで気体 A と気体 B を充填した。壁L は、固定をはずすと動 くことができ、容器の壁との間の最大静止摩擦力は無視できる ほど小さいが、 動摩擦力は有限であるとする。断熱壁L はほか と熱のやり取りをせず、体積変化もないため、その内部エネル ギーは変化しない。 はじめ、壁[は固定してあって、気体 A が気体Bより高圧だっ た。その後、壁L の固定をはずした。それから十分時間が経 つまでの間に、気体 A がした仕事を IA、気体 B がした仕事 を Im、壁t と容器の壁の間の摩擦のために発生した熱を O、 気体 A、 Bの内部エネルギーの増加をそれぞれ AO。, AOs とす る。なお、摩擦熱 〈 は、半分が気体 A に、残りの半分が気体 B に与えられたとする。また、摩擦で壁が削れる効果 (やその ための壁物質の内部エネルギーの増加) は無視できるとする。 以下の問いに答えよ。なお、例えば。. b. d. e.c のように順番 を変えて答えてもよい。 断熱壁でできた体積一定の容器 ど」 固定をはずすと左右に動ける断熱壁 L (。) TPA、 TTm の符号をそれぞれ答えよ。 (b) AC、 を、 II、 と 〇 を用いて表せ。 同様に、 AOs も求めよ。 17 (c) IWA| と Is| は等しいか。等しくない場合はどちらが大 きいか答えよ。理由 (または導出過程) も書くこと。ただ し、壁Lt が受ける動摩擦力は十分大きく、壁は一方向に しか動かなかったとする。 (d) AA + As は、正、負、ゼロのいずれであるか、理由を つけて答えよ。 (e) ⑦ を、IT^A と Im を用いて表せ。

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