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(2)がわかりません
何がわからないかと言うと解説の

コイルに流れている電流はE/Rより
1/2L×(E/R)^2のエネルギーが溜まっている
このエネルギーが全てコンデンサに回った時最大となるので1/2CV^2= 1/2L×(E/R)^2 が成立
ゆえに求めるVは....

という部分です
コンデンサには電位差Eが生じているからもともと1/2CE^2のエネルギーを持っているのではないか、なぜコンデンサのエネルギーは0で計算しているのかという疑問が出来てしまっています
私の何が間違っているのでしょうか
教えてください

「(2)がわかりません 何がわからないかと」の質問画像

A 回答 (4件)

スイッチを閉じたままで十分時間が経過すればコイルの電流変化は収まるので、Lの自己誘導起電力が0になる


このとき、B→A→コンデンサ→Bというループをたどることを考える
AとBは電位が等しいから、(キルヒホッフ的に考えて)コンデンサに電位差はないということになります

または、コイルとコンデンサは並列の関係ですから、両者の電圧は等しい
したがって、コイルの電位差が0ならコンデンサの電位差も0
と考えても良いです

ちなみにスイッチを閉じた状態で、Rには電位差Eがかかっているという事になります。
定常状態ではコンデンサに電流が流れない ということを間違ってRに電流が流れない と誤解してはいませんか?
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>コンデンサには電位差Eが生じているから


なぜそういえるのか?。
NO1さんの回答の通り、この認識が誤り。
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質問者さんは高校生ですか?


高校物理で、コイルの自己誘導エネルギーを習うのでしょうか?
もし習うのなら、それを
 U = (1/2)LI^2     ①
と習うと思います。

問題の場合には、スイッチを開く直前には、コイルは定常状態になっていて「ただの導線」ですから電圧はゼロで、従って回路は「電池→コイル(ただの導線)→抵抗→電池」で構成されます。流れる電流は、回路の構成から
 I = E/R
になっています。

このとき、コイルと並列につながっているコンデンサの電圧もゼロです。従って、コンデンサーに電荷は充電されておらず、その静電エネルギーはゼロです。
これは分かりますよね? まったく電圧ゼロで電荷を蓄積していないのですから、静電エネルギーもゼロです。
もし電荷を充電していて電圧があれば、それは「ただの導線」であるコイルを通して放電してしまいます。

このスイッチを開く前の「定常状態」を想像できないといけません。
定常状態では、「コイル」はただの導線、「コンデンサ」はただの「ちょん切れた導体板」と考えるのです。
交流ではそうはいきませんが、「直流」の定常状態(何らかの過渡変化から「十分時間が経った状態」)ではそのように考えます。

大学の物理で、コイルやコンデンサの過渡変化そのものも「微分、積分」を使って記述できればすべての過渡変化が解けますが、高校物理では微積分を使わない(使えない)ので、そういった「定常状態」しか扱いません。
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コイルにE/Rの電流が流れているとき、コイル自体は電圧降下がありません。


定常状態になるとコイルのインピーダンスは0となり、単なる導線となるのです。
つまり、コンデンサ両端にかかる電圧は0なのです。
電圧Eは全て抵抗の電圧降下になります。

コンデンサにかかる電圧が0であることからこの時点でコンデンサが蓄えているエネルギーも0なのです。
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