今回の問題
electromagnetic19【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「コンデンサー回路のスイッチ切り替えと電荷保存則」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。
- コンデンサーの直列・並列接続: 合成容量の計算、および電圧・電気量の分配に関するルール。
- 電荷保存の法則: 回路の一部が電池などから電気的に切り離されている（孤立している）場合、その部分の電気量の総和は変化しません。
- コンデンサーの基本式: \(Q=CV\)
基本的なアプローチは以下の通りです。
- (1)では、\(S_{1}\)を閉じた状態の回路（\(C_1\)と\(C_2\)の直列接続）を考えます。電圧が電気容量の逆比に分配されることを利用して、\(C_2\)にかかる電圧を求めます。
- (2)では、\(S_1\)を開き\(S_2\)を閉じた後の回路を考えます。この操作によって生じる「孤立部分」を見つけ出し、その部分の総電荷が操作の前後で保存されるという「電荷保存の法則」を用いて方程式を立て、未知の電圧を求めます。