日本医科大学物理2012年第2問

図1、2のような 2つの電気回路を考える。下記の文章の四角に適した答えを書きなさい。なお、電池に内部抵抗はないものとする。

図1の回路の合成抵抗は$\fbox{ア}$[$\Omega$]である。また、$r_2$において発生するジュール熱が最大になるための条件は、$r_1$[$\Omega$]と$R$[$\Omega$]を使って、$r_2=\fbox{イ}$[$\Omega$]と表される。ただし、$r_1$と$R$は一定の値であるとする。

次に、図2について考える。最初にコンデンサー$C_1$[F]と$C_2$[F]の電荷はゼロとする。スイッチS2を開いたままでスイッチS1を閉じ、起電力$E$[V]の電池を使って、$C_1$を充電した。十分に時間が経った後に、$C_1$に蓄えられるエネルギーは$\fbox{ウ}$[$\text{J}$]である。その後、S1を開いてから、S2を閉じた。しばらくの間、閉回路には電流が流れるが、抵抗$R$[$\Omega$]においてジュール熱が発生することで、電流は減衰していき、最終的にゼロとなった。そのとき、コンデンサー$C_2$の両端の電圧は$\fbox{エ}$[V]となっている。この過程において、$R$で発生するジュール熱は$\fbox{オ}$[$\text{J}$]である。

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