電磁気 (静電容量)
電磁気の静電容量に関する問題なのですが,解答がないため,答えがあっているかがわかりません。僕なりの解答と解答方法をのせているので,間違いがあれば教えてください。
極板の面積がS,間隔がdで,極板間が真空の平行板コンデンサがある。ここで,極板の端の影響を無視できるものとして,次の問いに答えなさい。ただし,真空の誘電率はε0とする。
(1)コンデンサの静電容量をS,d,ε0を用いて表せ。
C=ε0*S/d [F]
(2)コンデンサに電荷Qが蓄えられている時,コンデンサに蓄えられる静電エネルギーをQ,S,d,ε0のうち必要なものを用いて表しなさい。
W1=1/2*C*V^2=1/2*Q^2/C
=(dQ^2)/(2ε0*S) [J]
(3)図のように,Qを一定に保ったまま,上側の極板をわずかな距離Δdだけ引き離すとする。このとき,コンデンサに蓄えられる静電エネルギーをQ,S,d,ε0のうち必要なものを用いて表しなさい。
上側の極板をわずかな距離Δdだけ引き離したときのコンデンサの静電容量は
C=ε0*S/(d+Δd)
よって,コンデンサに蓄えられる静電エネルギー
W2=1/2*C*V^2=1/2*Q^2/C
={(d+Δd)Q^2}/{2ε0*S} [J]
(4) (3) で上側の極板をΔdだけ引き離すのに力をQ,S,d,ε0のうち必要なものを用いて表しなさい。
上側の極板をわずかな距離Δdだけ引き離すのに必要なエネルギーは
W2-W1={(d+Δd)Q^2}/{2ε0*S}-(dQ^2)/(2ε0*S)=(ΔdQ^2)/(2ε0*S)
またΔdだけ引き離すのに必要なエネルギーは以下の式でも表わされるので,
F*Δd=(ΔdQ^2)/(2ε0*S)
よって,求める上側の極板をΔdだけ引き離すのに力Fは
F=Q^2/(2ε0*S) [N]
お礼
ありがとうございました。問題が解けました