高校物理のコンデンサーで質問があります。電圧一定のままでコンデンサーに誘電体を挿入しようとすると、引

高校物理のコンデンサーで質問があります。電圧一定のままでコンデンサーに誘電体を挿入しようとすると、引き込まれますか？それとも、押し出されますか？

質問者からの補足コメント

• 挿入したほうがエネルギーが高くなるのになぜ引き込まれるのでしょうか？外力を加えずにエネルギーが高くなるのが不思議でたまりません。

    補足日時：2021/11/27 17:42

No.3 ベストアンサー 回答者： syotao 回答日時： 2021/11/27 22:51

この場合、誘電体を挿入する前後で電池とコンデンサはつながったままです。

なので2つの間にエネルギーのやり取りをするので
2つ全体のエネルギー変化を考える必要がある。
挿入前のコンデンサ容量をC0、挿入後の容量をC1、
電池電圧をEとすればC0＜C1より
挿入後のコンデンサの電荷はC1E－C0E＝(C1－C0)Eふえる。
このために電池がする仕事は＝移動電荷×電池電圧＝(C1－C0)E^2、
一方、この間コンデンサのエネルギーは1/2C1E^2－1/2C0E^2
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝1/2(C1－C0)E^2
しかふえない、差し引き2つの系のエネルギーは1/2(C1－C0)E^2
だけ減ります。つまり系のエネルギーは誘電体がないほうが高いので
誘電体はひきこまれるというわけです。

この回答へのお礼

とてもわかりやすいです！

お礼日時：2021/11/28 15:05

No.2 回答者： himagene 回答日時： 2021/11/27 18:41

電圧を一定としたから、外部から供給された分だけエネルギーが高くなる。

孤立した系（電荷の供給がない）で考えるとどうなりますか。

No.1 回答者： angkor_h 回答日時： 2021/11/27 17:39

引き込まれます。

電荷一定であれば、電圧は低下しますが、
電圧一定であれば電荷が追加されて、
それが引き込む力になります。