今回の問題
electromagnetic16【設問別解説】考え方から計算プロセスまで徹底ガイド
この問題のテーマは「コンデンサーの操作とQ, C, Vの変化」です。
問題を解く上で鍵となる物理法則や概念は以下の通りです。
- コンデンサーの基本式: \(Q = CV\)
- 電気容量の変化:
- 極板間隔 \(d\) に反比例 (\(C \propto 1/d\))
- 比誘電率 \(\epsilon_r\) の誘電体で満たすと \(\epsilon_r\) 倍になる (\(C’ = \epsilon_r C\))。
- 操作による不変量の判断:
- 電池を接続したまま操作 → 電圧Vが一定
- 電池を切り離して操作 → 電気量Qが一定
基本的なアプローチは以下の通りです。
- (1)では、まず初期状態の電気量を \(Q=CV\) を使って求めます。
- (2)では、「電池をとりはずし」たので「電気量Qが一定」であると考え、極板間隔の変化による電気容量の変化から、新しい電圧を計算します。
- (3)では、引き続き「電気量Qが一定」の状態で、誘電体挿入による電気容量の変化から、新しい電圧を計算します。
- (4)では、新たに「電池を接続」したので「電圧Vが一定」になると考え、(3)の状態の電気容量を使って新しい電気量を計算します。
