• 締切済み

球状コンデンサーの問題

半径Rの導体球に、無限遠から電荷Qを持ってきて、与える時に必要な仕事はいくらか?という問題について、電位差を0からQまで積分するという方針でやってみたのですが、やり方が間違っているのか解答(単位体積あたりの電場エネルギーに導体球をかけたもの)と一致しません。どのように解けばよいでしょうか。よろしくお願いします。

みんなの回答

  • BookerL
  • ベストアンサー率52% (599/1132)
回答No.1

>やり方が間違っているのか そのやり方を示してください。

saasa1
質問者

補足

電位差Q/4πεRを0からQまで積分してQ^2/8πεR Q=4πR^3σ/3とすると2πR^5σ/9ε ここから色々変形しましたがεE^2/2×4πR^3/3にはなりませんでした。

関連するQ&A

  • 電磁気の問題について

    電磁気の問題について質問させていただきます。 真空中に電荷Qっを帯電させた半径aの導体球がある。誘電率をε0としたとき以下の問いに答えよ。 (1) 導体休の中心から距離をrとしたとき、この導体球内の電場の大きさEin(r)と導体休外側の電場の 大きさEout(r)をそれぞれ求めよ。 (2) この導体球の電位φを求めよ。ただし、導体球表面の電位を基準とする。 (3) 電荷qの・電荷が導体休の外側にあるとき、この点電荷に働くクーロン力vec(F)を成分で表せ。ただし、点電荷の位置ベクトルをvec(x) = (x,y,z)tとする。 ※vec()はベクトル、()tは転置を表します。 (1)の答えは導体球なので Ein(r) = 0 、 Eout(r) = Q/(4*π*ε0*r^2) (3)の答えは vec(F) = q*Q/(4*π*ε0*(x^2+y^2+z^2)^(3/2))*(x,y,z)t で合っていますでしょうか? (2)については、「表面を電位の基準とする」というのは表面を接地するということなのでしょうか? また、導体球の電位とは何を意味しているのでしょうか? 教科書では、無限遠点を電位の基準として、そこから単位電荷ある点まで移動させたときにした仕事が電位(静電ポテンシャル)であると習ったので、導体の電位というのが何をさせているのかわからなくなってしまいました。 回答よろしくお願いいたします。

  • 積分範囲のとりかた。

    「半径がそれぞれaおよびb(>a)の2つの薄い導体球殻A,Bを中心に一致させて置く。そしてAに電荷Qを与え、Bは接地する。この系がもつ静電エネルギーを求めよ」 という問題があるのですが、解答としては静電エネルギー密度uを積分して求めるのですが、それはいいのですが、最終的に積分するときに U = ∫u4πr^2dr の式で積分範囲をとるときに「上がb下がa」にとっています。この考え方が分かりません。どうしてそのような順序になるのでしょうか? また、私はよく電場から電位を求めるときに積分するときも範囲をどっちが上でどっちを下に置くかで迷うのですが、一般的にどう考えたらいいでしょうか?

  • 円筒コンデンサー

    半径がaの導体球S1とない半径がbで外半径がcの導体球殻S2が同心で置かれた導体系にある。両導体間(半径rがa<r<bの領域)には誘電率がε1の誘電体が詰められている。さらには、導体球殻の外側には、半径dのところまで(c<r<dの領域)は誘電率がε2の誘電体でおおわれており、それにより外側r<dの領域は真空(誘電率がε0)である。導体球S1に電荷Q1、導体球殻S2に電荷Q2を与えた場合の任意の半径1(0<r<∞)における電界のr方向成分と電位を求めよ。ただし、電位の基準点は無限遠点とする。  よろしくお願いします。

  • 教えてください

    ・半径rの球に電荷Qが一様に分布している。このとき電場の持つエネルギーを求めよ。 ・半径rの導体球に電荷Qが分布している。このとき電場の持つエネルギーを求めよ。 この二つの問題は、どのように解けばいいのですか? できるだけ詳しく、丁寧に教えてください。お願いします。

  • 帯電した導体の表面の電位、電場: 無限大では?

    こんにちは、いつも勉強させて頂いております。 今回、ふとした疑問が湧き、それが説明できずに悩んでおり、どうか回答頂ければと思います。 帯電した球形の導体があります。その半径はRとします。 総電荷量をQとします。この導体の表面の電位、電場はいくつか、という問題、というか公式ですが、 電位 = k (Q/R) 電場 = k (Q/R^2) で与えられると教わりました。 (ある点電荷Qがつくる、距離Rはなれた点での電位、電場ではありません。あくまで帯電した球体の表面の電位、表面の電場です) なぜ、無限大ではないのでしょうか。 といいますのも、「帯電した導体では電荷は表面に存在する」、はずです。すると、 表面の電位というのは、電荷から距離ゼロ離れた場所の電位、電場であり、クーロン式(上式と同じ)からも、電場、電位は無限大になるのではないでしょうか。無限遠から、この帯電した導体の表面まで点電荷を移動するのに要する仕事、という観点から考えても、その仕事は無限大になると考えます(点電荷を最表面にもってくると、電場が無限大のため、仕事も無限大)。 いかがでしょうか。何か誤解している部分があるかもしれませんが、不躾ながらその点もどうかご指摘頂ければ幸いと思っておりまして、どうぞ宜しくお願い致します。

  • 電磁気学、同心球の問題、広島大編入試問題

    まったく意味が分からないので教えてください。 真空の誘電率をε(ゼロは省略)、無限遠方の電位を0とする。 半径aの導体球Aが真空中にある。導体球Aに正の電荷Q1を与える。 次に導体球Aの電荷Q1を保ったまま、その周りを内径b、外形c(a<b<c)の導体球殻Bで包み正の電荷Q2を与えた。 さらに、導体球殻Bの電荷をQ2にたもったまま、導体Aを接地した。 (4)導体球Aの表面に現れる電荷をQ3として、導体球殻Bの電位を求めよ (5)電位Vをrの関数として表せ (6)導体球Aの電位を考える事により、導体球Aの表面に現れる電荷Q3を求めよ 電磁気は苦手なのでなるべく丁寧に説明をして頂けると嬉しいです

  • 電位とは何か。

    大学1回生のものです。 電位についていろいろ調べたのですが、 wikipediaでは 「静電場の中にある単位電荷が、その点において持つ電気的な位置エネルギーのこと」 とあり、 国語辞典では 「無限遠または電場外の点から電場中の一点に単位点電荷を運ぶのに必要な仕事。」 となっていました。 しかし、ある電荷の位置エネルギーUは U=qV    (q:電荷 V:電位) であらわされると思うのですが、 仮に電位がエネルギーや仕事だとすると、 上式において両辺の単位が一致しないのではないでしょうか? ご教授お願いします。

  • 電位・電場

    『薄い導体の孤立した同心球殻において内球(半径R1)にQ1、外球(半径R2)にQ2の電荷を与えたとき、各点の電位Ф、および電場の大きさEをガウスの法則を用いて求めよ。』という問題があります。どの様にガウスの法則を用いて解いていくのか方針が今ひとつ分かりません。解説をよろしくお願いします。

  • 導体球殻の電位

    真空中におかれた半径bの導体球殻2を、電荷Q1が帯電している半径aの導電球殻1の内側に中心を合わせて設置し、電荷Q2を帯電させた。このときの導体球殻1の電位及び導体球殻2の電位を求めよ。 E=-∇φ φ=-∫(Q/4πεr^2)dr ここまではわかるのですが、積分範囲がわかりません。 詳しい解説お願いします。

  • 電気磁気学の問題です。

    電気磁気学の問題です。 図のように導体1(内半径a,外半径b)および導体2が(内半径c、外半径d)あります。導体1は接地されており、導体2の全電荷はQ2である。 また同心球の中心からx[m](x<a)離れた位置に点電荷Qがある。このとき (1)導体2の電位をもとめよ。 (2)点電荷Qに働く力を求めよ。 という問題です。 (1)はガウスの定理からEをもとめてそれを∞からdまで積分して、V2=(Q2+Q)/(4Πεd)であってますか?? (2)はやり方が分からないのでどなたか賢明な方、教えてください。