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聖マリアンナ医科大学物理2013年第3問

以下の文章の(1)から(15)に適切な式を入れなさい。
seimariannaika-2013-physics-3-1
seimariannaika-2013-physics-3-2
seimariannaika-2013-physics-3-3

図2(a)に示される回路において、電池Vの起電力をV[V]、間隔d[m]の極板ABからなる平行板コンデンサーCの静電容量をC[F]とする。まずスイッチSを閉じて電流を流し、十分時間がたってからSを開いた。以後Sは開いた状態とし、接地面の電位を0Vとする。また、ABの面積は十分大きく、AB間につくられる電場(電界)は一様であり、空気中の比誘電率を1とする。このときAB間の電場(電界)の大きさは(1)「V/m]、静電エネルギーは(2)[J]であり、Aにたまる電気量(電荷)は(3)[C]である。

ABとの間隔をd[m]から3d[m]にした。このときCの静電容量は(4)[F]であり、AB間の電場(電界)の大きさは(5)[V/m]、静電エネルギーは(6)[J]、Aの電位は(7)[V]である。

次に図2(b)に示されるように、3d[m]の極板間隔のまま、電気量(電荷)の蓄えられていない絶縁された厚さd[m]の導体板をAB間の中央に、両極板に触れないように挿入した。このときCの静電容量は(8)[F]、Aと導体間との電場(電界)の大きさは(9)[V/m]、AB間の静電エネルギーは(10)[J]、Aの電位は(11)[V]である。

導体板を抜き、図2(c)に示されるように比誘電率ϵrの誘電体をAB間にすきまなく挿入した。このときCの静電容量は(12)[F]、誘電体中の電界(電場)の大きさは(13)[V/m]、AB間の静電エネルギーは(14)[J]、Aの電位は(15)[V]である。