電位差について ２

質問

ごめんなさい。
下の電位差につて２で質問がちんぷんかんぷんだったので
書き直します。そして削除依頼をしておきます。
改めて質問します。
下のスレで電位差について質問をしたものです。
​http://okwave.jp/kotaeru.php3?q=2307117​
自分の知りたい事をもっと明確にするためにもう一度質問させてください。

ここにまったく同じ大きさの鉄板Ａ、Ｂ，Ｃがあったとします。
鉄板Ａは＋２Ｖに帯電しているものとします。
鉄板Ｂも＋１０Ｖに帯電しているものとします。
鉄板Ｃは－６Ｖに帯電しているものとします。

(1)当然鉄板ＡとＢを近づけると斥力が働きますよね。
(2)また鉄板ＡとＣをちかずけると引力が働きますよね。

(3)、(1)の状態の時、鉄板ＡとＢの間に適当な値の抵抗Ｒ１をいれ短絡させます。
(4)、(2)の状態の時、鉄板ＡとＣの間に抵抗Ｒ１を入れて短絡させます。

で、質問なのですが、
(3)と(4)で抵抗Ｒ１に流れた電流は（引力とか斥力に関係なく）等しいと考えて良いのでしょうか？

よろしくお願いします。

回答No.4

piricara · ベストアンサー

うーん、おっしゃりたいことはわかるのですが...

鉄板1枚に電気をためることはできません。もし、1枚に貯めるとすれば、もう一方は、大地、つまり地球との間にためたことになります。

次に、2枚の鉄板を平行に設置して、その間を絶縁してあるとして、(一方は大地でもかまいません)その間に電位を持たせることは可能ですが、ここにたまるのは、電圧ではなくて、電荷と呼ばれる電気の粒が溜まっている。と考えるのです。
つまり、一方に溜まったプラスの電荷Q があるとすれば、もう一方は-Q が溜まっていると考えるのです。

そして、なんと、この板の間隔を変化させれば、2枚の板の間の電圧(電位差)が変化します。
2枚の鉄板には、その距離(板間の材質も関係します)、面積により、どの程度電荷を溜めるかが決定され、これをCとすると、
C = A(板の面積) × ε(板間材質による係数) / L(板間距離)

Q(電荷) = C × V(電位差)
という関係式が成り立ちます。

板間にかかる力は、板に溜まった電荷量によって変化します。したがって、電位差で変化するものではありませんので、板の面積、板間の距離で同じ電圧であっても溜まる電荷が異なるため、どのくらいの力になるか算出できません。また、同じ電荷であっても、板間の距離で力が異なります。

もし、ご質問の状況があったと仮定すると、板間に働く力は、その板の状況によって異なるでしょうが、抵抗を接続したとき、接続直後の電流は、それぞれが方向が逆で、同じ絶対値を持つ電流と想像します。

電流が継続する時間は、板に蓄えられた電荷量で異なり、多くの電荷を溜めているほど継続時間が長くなります。

ここで、お分かりと思いますが、電流とは、電荷が連続して移動している状態を言います。

お礼

皆様、回答ありがとうございます。
皆様からいただいた回答を理解するために少しじかんが
かかりそうです。とりあえずここで質問を締め切りたいと思います。
そしてまたわからないことがあればこのサイトに質問させていただこうと思います。ありがとうございました。

回答No.3

leo-ultra

＃１です。あれ、私は問題を勘違いしてますか？

> 鉄板Ａは＋２Ｖに帯電しているものとします。

これは鉄板Ａを電池につないで２Ｖに帯電させて、
その後電池を外してから、鉄板Ｂとつなぐのではないのですか？

電池をつなげたままで鉄板ＡとＢを抵抗で結ぶの？

お礼

お返事ありがとうございます。
いま忙しくてなかなか回答者様の回答に目を通して、お礼をする事が
できないのですが、
私のイメージは帯電させた鉄板を短絡させた際には、その事意外に
接触しているものはありません。よって電池はその時は鉄板に触れていません。

回答No.2

noname#104477

kurokuboyと申します。
Aを基準に考えた場合電流の大きさは同じで向きが逆ですね。
つまりB→A方向に８/R1アンペア
さらにA→C方向に８/R1アンペア
と言う具合に同じ大きさの電流が流れます。

ただ
＞鉄板Ａは＋２Ｖに帯電しているものとします。
鉄板Ｂも＋１０Ｖに帯電しているものとします。
鉄板Ｃは－６Ｖに帯電しているものとします。

の部分ですがこの電位とはどこを基準に言っているのかが気になります。
電位を云々言うなら例えば大地を基準に決める等の前提を書いて頂かないと問題としては不十分です。
その事を踏まえて追加します。

まず基準点をDと決め、そこに２V電池のマイナスを、またプラスを鉄板Aに接続する。
同様にBには10V電池のプラスを、マイナスはDに。
Cには６V電池のマイナスを、プラスはDにそれぞれ接続した図を描いてみて下さい。

あとはキルヒホフの法則で計算できますね。

お礼

お返事ありがとうございます。
皆様からの回答を理解するには少し勉強が必要なようです。
またわからない事がありましたら、このサイトにて質問しようと
おもいます。ありがとうございました。

回答No.1

leo-ultra

おもしろい質問ですね。
残念ながら私には答えはわかりませんが、少々コメント。
１）まず電位ですが、電位というものは原点の取り方によって変わるもので、電位差こそが意味をもつものだと思っていました。ところがこの例だと、そうともいえなくなりますね。うーむ。

２）鉄板間の斥力・引力は電位ではなくて、そこに蓄えられている電荷Ｑの値で決まるはずです。
クーロン則が使えるのでは。

鉄板間の力　Ｆ＝ｋＱ1Ｑ2／ｒ^2

Ｆが負ならば引力、電荷が異符号ならば引力、同符号ならば斥力ですね。

３）電荷Ｑ1と電位Ｖ1の関係はどうなるかというと、鉄板を帯電させるときに、鉄板とアースとの間でコンデンサＣ1が形成されて、

Ｑ1＝Ｃ1Ｖ1

でも鉄板Ａ，Ｂ，Ｃに同じ容量を仮定していいものだろうか？

帯電させた後で、質問にあるように「鉄板Ａと鉄板Ｂを近づけると．．．」とするとコンデンサの容量が変わってしまう。鉄板は中に浮いているので電荷Ｑ1は一定。でも電位が変わってしまう。？？？
（ここら辺に答えがあるかも。）

４）短絡させた時に流れる電荷（質問には電流とあるが、電荷とすべき。）の値について。
短絡後は両方の鉄板は同電位になるので、等しく電荷が分配される。

流れる電荷は（Ｑ1－Ｑ2）／２

この先がわからない。

お礼

回答ありがとうございます。
皆様からいただいた回答をりかいするには、こちらも勉強がひつような
ようです。またわからない事がありましたら、このサイトにて
お伺いしようと思います。ありがとうございました。