コンデンサーについての質問で、Dは比誘電率2の誘導体です。一番下の式のところから、比誘電率というのは、誘導体の電場が空気中の電場と比べてどのくらい電場を通さないかという風に覚えても大丈夫ですか？

M をD に置き替えても電気量 Q′が不 A +Q' 変なので, 空気部分の電場E2は変わらな E2 D い。 ただし, 誘電分極が起こり (図h), D内 Eale の電場は E2 E2 Vo E₁ = = 6d Er 2 E2 B -Q' 図 h

どうして（3）では極板間の電場が1/εなのですか

HIGH QU 事務・製図用 MITSUBISHI 東進ハイスクール 0120-104-5 物理基礎科 電磁気 復習用プリント 電気容量 C [F]のコンデンサーに比誘電率 e, の誘電体を挿入したときの電気容量は,C= である。これは,コンデンサーの正極板に Q [C] の電荷蓄えられている状態において,誘電体内部で 誘電分極という現象が起きることによって,誘電体内部にコンデンサーの極板間に出来る一様電場と 【選択肢:同じ向き・逆向き}の電場が生じることで,極板間電場の大きさが るためである。 (23) 倍に変化す 【解答】 (21) EC [F] (22) 逆向き(23) もともと電荷の蓄えられていなかった電気容量 C1, C2 [F] のコンデンサー C1, C2 を並列に接続し, 電圧 V [V] の電池 を繋いだとき,コンデンサー C1, C2 の左側極板に蓄えられ る電荷量を Q1 Q2 [C] とおいたら, キルヒホッフの第二法則 より、 (24) [※ コンデンサー C と電池からなる閉回路について] および (25) [※ コンデンサー C2 と電池からなる閉回路について] および (26) C1 C2 S

202の(3)を教えてください。(2)と同じになると思いました。

こり、 という. 分子内部での電子 より電荷のかた この現象を利用している.また, (3) )のかたよりによってお 200 (クーロンの法則) 次の問いに答えよ. クーロンの法則の比例定数はk=9.0×10N・m²/C2 とする. (1) 2つの点電荷g1 = 3.0×10 C, g2=6.0×10 Cを3.0m離しておくときの静電気力の大きさ は何N か. 20×10-12 12×1.3×101 1.8×10-2N (2) 2つの点電荷g1 = 3.0×10 C, g2=6.0×10 Cの間に0.20Nの力がはたらいた. 点電荷 間の距離は何か。 =9.0×109.3.0×106×6.0×10%= 390x 10'm 3点電荷71=3.0×10 °Cと点電荷g2 を 1.0m離しておいたら270-Nの力がはたらい た点電荷Q2の電気量は何Cか. 9.0×104×3.6×106Q2=27×10-3 H Q2 28×6-3 9.5×10°×3×107 練習問題 A 201(クーロンの法則)+3.0×10 C, -1.0×10-Cの電荷をもつ同じ大きさの2つの小さな 金属球が0.30m離れた位置におかれている。 クーロンの法則の比例定数を9.0×10°N・m²/C2 とする. (1) 2球が互いに及ぼしあう力の大きさは何Nか、またそれは引力か斥力か. 次に2球をいったん接触させた後,再び 0.30m離した. (2) 各球のもつ電荷はそれぞれ何Cか. (3)このとき、2球が互いに及ぼしあう力の大きさは何Nか.またそれは引力か斥力か. 202. (静電誘導と誘電分極) 材質と大きさが同じで、電荷をもっていない2つの金属球A,Bに 帯電体Cを近づけて, 図のように次の順に操作をするとき, 金属球の表面に現れる電荷の分布を 図に示せ. C A B (1) 接触しているA,BのAに負の帯電体Cを近づける. (2) Cを近づけたまま, AとBを少し離す. (3)(2)の状態から Cを十分遠くに離す. B (2) (4)(3)の状態から, A, B を十分遠くに離す. A B A,Bを不導体(誘電体)でできた球D,Eにかえて, (3) 上の(1)~(3)と同じ操作を行う. B (5) (3)のとき,D,Eの表面に現れる電荷はどうなるか. (4) 文章で答えよ.

解説のABの電荷から出ている矢印がなぜこの向きなるのか分かりません

点 【解説】 第1問 小問集合 ばねaとばねbのばね定数をそれぞれka, k とする。 a と 今はともに自然長からしだけ伸びているので、おもりAとBの それぞれの力のつり合い式は以下のようになる。 kad=mg, k₁d=2mg AとBの単振動の周期をTA, TB とすると, ばね振り子の周期 これらより, a に対するbのばね定数の比は、2となる。 2m ka 【ポイント】 公式より、T=2= 2 である。以上より, ばね振り子の周期 m TB 2ka T: 周期 問2 帯電体Aは正電荷, 帯電体Bは負電荷なので,いずれも点 の答③ ばね定数の 質量 0につくる電場の向きはAからBの向きである。AとBの電気 量の大きさ Qが等しく,AOとBOの距離もRで等しい。 がって,AとBがそれぞれ点0につくる電場の強さ EA, EBは 等しく,点電荷による電場の公式より,E=EQとなる。 点電荷による電場を 以上より, AとBが点0につくる電場は, それぞれの電場を合 成して,A から B の向きへ強さ 2kQとなる。 R2 R2 また, 一様な電場からAには左向きに, B には右向きに静電気 力がはたらくことになる。 よって, 一様な電場をかけた直後、リ ングは反時計回りに回転しはじめた。 ジ E=kQ 電気量 Qの点電荷から距離離れて いる点の電場の強さ 22 : クーロンの法則の比例定数 電場の向きは Q0 のとき電荷から 遠ざかる向き, Q <0 のとき電荷に近づ く向き。 一様な電場から +Q 受ける静電気力+Q A リング A 回転をはじめる方向 R EA EB B 一様な電場 B -Q 一様な電場から 受ける静電気力 2 の答 ① 3の答③ 変化を圧力と体積の関係を表すグラ A.Bの向き(?)

静電誘導についてです。 ２枚目は金属片と金属板を近づけたときの説明ですが、線を引いてあるところがわかりません。 電荷が移動する、ということは、金属片から金属板にマイナスの電子が移動するということですか？

90. の電荷が点につくる電界の 3 静電誘導と誘電分極 下図のように,正に帯電した金属板を,金属片に近づけた場 合と紙片に近づけた場合とでは,ともに金属板に引き寄せられて接触する。しかし, その後の様子は両者で異なる。どのように異なるか説明せよ。 4台 E-E + + + + 金属片 or 紙片 ⑤ クーロンの法則 点Aに電気号が」200 0.

(3)のニが分かりません。 普通に1×Qじゃだめなんでしょうか？

166 2021年度 物理 次の文章を読み, ほ 答欄にマークせよ。 い 立命館大学部個別 (理系) イ に適切な数値を解答欄に記入せよ。 また, には指定された選択肢からもっとも適切なものを一つ選び、解 図1のように xyz軸を取り, 一辺の長さがLの正方形で厚さが無視できる導体板 A,B をそれぞれx = 0,x=d (ただしd>0)の位置に固定した。 導体板Aは 接地されており, 導体板Bには電気量Q(ただし Q > 0) の電荷が与えられてい る。また、以下の〔1〕〔2〕〔3〕 において、導体板や誘電体の中心は常にx軸 上にあり, 正方形の各辺はy軸、z軸と平行であるとする。 真空の誘電率をe とし, Lはdよりも十分大きいものとする。 ろ 〔1〕 図1において, 座標 (d-r,r, 0) に点P, 座標 (d,r,0)に点Rを 取る(図2)。ただし,0<r<d0<r</1/2であるとする。点Pでの電場 の向きは であり,大きさは である。 このとき, 導体板B の 電位を Vo とすると, Vo = は であり, 導体板 A,Bの間に蓄えられる静 電エネルギーを U とすると, U = に である。 また, 外力を加えて電気 量 g の点電荷を図2の原点Oから点R まで線分OR上をゆっくりと動かすと き, 外力がする仕事は ほ に等しい。ただし, |q| はQに比べ十分小さい とする。 〔2〕 図1において, さらに導体板 A,Bと同じ形状, 大きさを持ち,接地された 3 導体板Cをx=no dの位置に固定した (図3)。 十分な時間が経過した後,導 2 体板 B の電位は ×V となる。 また, 導体板 A,Bの間に蓄えられる 静電エネルギーは ×U となり,導体板 B, Cの間に蓄えられる静電 ×U となる。 エネルギーは 〔3〕 図1において、 今度は一様な比誘電率3を持ち, 断面が一辺の長さLの正 d 方形で厚さの誘電体 (絶縁体)で導体板 A を完全に覆った (図4)。 誘電体 では、誘電分極によってその表面に電荷(分極電荷)が現れ、誘電体内部の電 場を弱めるはたらきをする。 比誘電率を考慮すると,図4の「表面D」に現 れる分極電荷の電気量は = ×Qとなることがわかる。 また, 十分な時

3番の電場を半分に考えるのが分かりません。 aとbの電場と書かれてるけど、bから線は出てないのにどういうことですか？

CEP 105 くばね付きコンデンサー > (6) 極板の電荷が変わらないから, 極板から出る電気力線の本数は変わらない。 しかし、 誘電体内は誘電分極により電場 (3) 極板間の電場の半分 (片方の極板がつくる電場) によって他方の極板が力を受ける。 は弱まる。 (7) 誘電体を入れても、極板B近くの電場は変化しない。 よって,電気的な力も変化しない。 (1) A + Q, B に - Q を帯電させたから, AB間にはA からBに向けて一様な電場ができ, 電気力線は等間隔に 引ける (図)。 (2) Aから出る電気力線の本数Nは,ガウスの法則より 1 *A- N=-Q E0 よって,電場の強さEは,「EN」よりE= 28 S (5) 電位差と電場の式 「V=Ed」より v=2(d-4d) = (d. Q S A +Q Q² 2kS S QB- S (3) (2)で求めた AB間の電場は,極板AとBによる電場である。極板Aの電荷 による電場EAはE^=1212E である。極板Bの電荷Qが受ける力は, (6) 極板AとBの電荷は変わらないから, ガウスの法則よ り極板から誘電体までの電場は変化しない。 しかし、 比誘電率2の誘電体を差しこむから, 誘電体内の電場は 倍になる。よって,電気力線は図cのようにな 「F=qE」より F=Q12E=102 2S (4) 極板B に水平方向にはたらく電気的な力Fと、弾性力kadとがつりあう(図b)。 Q2 F=kad よって -=k4d ゆえに d= 2ks S d-4d 図 a A++++ B A +Q TOTELI+ + + + TATAL 5 -- + B +++++! ◆A クーロンの法則の比 例定数をko とすると N=4koQ C 1 である。 また Eo= 4ko ←B 別解 コンデンサーの 電気容量をCとすると S C=Eod-Ad Q=CV=Eod-Ad 図 c る。 (7) 極板B近くの電場は (3) の場合と変わらないから、電気的な力は変化しない。 よって V E=d-Ad F \k4d mmmmm 図 b S EOS V C 比誘電率 er の誘電 体内の電場の強さは、外の電 場の4倍となる。 Er

赤線部分、電場が0なのに対して青線部分、電位は等電位というのが意味不明です。 電場=力、電位=位置エネルギーだとするなら、電極板内で力が相殺されるなら、位置エネルギーも相殺されるのではと思いました。 電位と電場の定義について、どのように理解すれば良いでしょうか

4 静電誘導と誘電分極 ●導体と不導体 導体･･･自由電子をもち,電気を通しやすい。 不導体 (絶縁体)… 自由電子をもたない。 電気を通しにくい。 ②静電誘導 帯電体を導体に近づけると、導体中の自由電子 が移動して, 帯電体に近い側の表面に帯電体と異種の電荷 体 が、 遠い側の表面に同種の電荷が現れる現象。 ●電場中の導体 電場の中に導体を置くと, 導体内部の電 荷が移動し、導体内部の電場は0となり. 導体全体が等電 位となる。導体表面には電気力線が垂直に出入りする。 ●静電遮蔽 導体内部の空洞部の電場は0である。 物体を 導体で囲み, 外部の電場をさえぎることを静電遮蔽という。 せいでんしゃへい 帯電体 + + + + + 空洞 電場 0 導体 電場 0 ++++ +

物理です。コンデンサーです。 227です。⑵はなんで2Cなんですか？ わかりやすく教えてください（；＿；）

227 誘電体の挿入 V[V] の電池をつないだ電気 [容量 C〔F〕 の平行平板空気コンデンサーがある。次の(1), __ (2) のように,両極板間に比誘電率 εr の誘電体を入れた 場合について, コンデンサーに蓄えられる電気量をそれ ぞれ求めよ。 図1 (1) 図1のように, 極板間の右半分を誘電体で満たした場合の電気量 Q1 〔C〕 (2) 図2のように, 極板間の下半分を誘電体で満たし, その誘電体の上面を厚さの無視で きる金属板でおおった場合の電気量Q2 〔C〕 例題 45,236,238 図2

写真の赤線部分についてですが、金属板は、C=(εS/d)のdを大きくする、つまり、電気容量を大きくする役割があるのに、なぜ、写真の赤丸の図のように誘電体を金属板で挟み込んでも、電気容量は変わらないのですか？

coers (ⅡI) 誘電体板の挿入 6~ co CA 下図1の+Q,-Q に帯電した極板間に比誘電率&rの誘電体板を挿入す ると,真空部分の電場Eは変わらないが, 誘電体内の電場はE/Erとなる (図2)。&>1より誘電体を入れることによりその部分の電場を弱くしたこ とになる。 ぶんきょく これは誘電体の表面に電荷が現れ(誘電分極),電気力線の一部を消すため だ。誘電体には自由電子がない。電子は原子 (あるいは分子)内でしか動けな いので、導体のように内部の電場を0にまではできない。 同 図1と2を比べると, Qは同じだが, 図2の方が誘電体部分の電場が弱く 電位差が小さい。 よって図2の方が電気容量が大きい。 誘電体はどこへ入れ ても電位差は同じだから, 入れる位置は電気容量に影響しない。 図3のように誘電体の上面と下面に薄い金属板を入れても電気容量は変わ WHOSEN らないから,図2の電気容量は図4のように3つの部分の直列として求める ことができる。 (0) E **** +Q - q + q -Q + Q. E Er E * * * * * -Q. に +Q 薄い金属板 +q -Q +Q 0000 -Q +Q -Q -9 +q 9 99 +Q Q +Q --Q +Q -Q