添付画像1のような回路での問題で、まずS1だけ閉じてC1C2に電荷を蓄えた後、S1を開いてS2を閉じたときの電荷の移動を考える問題なんですが・・・・・・
問題文自体にある気になる所と、問題自体の解法が知りたいです。
電気容量はc1=c2=1μF c3=2μFです
最初にどのコンデンサーにも電荷は蓄えられてません
問題文:s1を閉じてコンデンサーC1C2に電荷を蓄えた後、S1を開きS2を閉じる。このとき、C2に蓄えた電荷は放電され、C3が充電される。十分時間がたった後のコンデンサーC2C3に蓄えられる電荷は何Cか。
1. 問題文に「c2に蓄えた電荷は放電され、c3が充電される」とあるんですが、c1の電荷は何故移動しないんでしょうか・・・?
2.自分は物理を離れて久しいのでうろ覚えの解法なんですが、各回路部分の電位を、0V(基準となる場所)を決めて、分からないところをVなどの適当な文字で置いて、電気量保存則を使って、例えば下の式のように(上の問題を解く途中の式です・・・間違ってる式ですがね)
c1(18-36)+c2(18-0)+c3(0-0)=c1(V-36)+c2(V-0)+c3(V-0)
こういう式を作り解いていく解法があったと思うのですが・・・・・・
この解法でなくても解けるのは分かってるんですが、スッキリしないのでこのやり方での解法も知りたいです。
ちなみに答えはQ2=6×10^-6 Q3=12×10^-6 のようです。
A 回答 (2件)
- 最新から表示
- 回答順に表示
No.2
- 回答日時:
先ずは、
「直列に接続された2個のC」の両端に直流電圧を加えてその後電池を外した時には、
一方の端にある電荷と他方にある電荷は同じになります(極性は逆)。これが蓄えられた電荷です。
これは「直列に接続された2個のC」を1個=C1//C2=(C1*c2)/(C1+C2)とみれば当然のこと。
この時、2個のCのそれぞれの電圧は、Q=CVの関係で異なります。
つまり、2個のCは、電荷は同じで電圧が異なる。
次に、この両端を接続すると、今度は、2個のCの両端電圧が同じになります。
接続しているところを見ているので当然です。
その結果、電荷は、Q=CVの関係で2個のCに移動します。
つまり、2個のCは、電荷は異なり電圧がが同じ。
先と異なりますが、総電荷は同じです。。
この考えで、
1)S1を閉じたとき(S2は開)、C2に充電された電荷はいくらか。
2)そのまま、S1を開いて(C2電荷を保持したまま)S2と閉じると、
C2電荷はC2とC3に配分されて、C2とC3の電圧は同一になる。
合計電荷は「C2電荷」である(増減はしないので)。
この関係を式に表してから諸元各々を代入すれば答えが出ます。
No.1さんの違い視点から考えてみました。
No.1
- 回答日時:
1.C1の左側に溜まった電荷が逃げる経路がないため、C1の左側に電荷が溜まったままとなり、その電界のせいでC1の右側の電荷が引きつけられたまま逃げられないからです。
電気回路的に言うと、電気的閉回路になっていないので電流が流れないから、です。2.おっしゃっているこのやり方、というのが何を指しているのか分かりませんが、
・スイッチが切り替わった瞬間のC2の電荷量を表す式(数値として事前に計算可能)
・十分時間が経ったあと、C2の電荷がC3に移動し、C2とC3の電位差が等しくなる(その時の電位差V)時の電荷の総量が先の電荷量と等しい式
から単純な方程式で解けます。
次のようになります。
・スイッチが切り替わった瞬間のC2の電荷量を表す式(数値として事前に計算可能)
C2/(C1+C2) * V = Q2 = 18 uC
・十分時間が経ったあと、C2の電荷がC3に移動し、C2とC3の電位差が等しくなる(その時の電位差V)時の電荷の総量が先の電荷量と等しい式
18 uC = V (C2+C3) = 3 * V
V = 6
Q2 = C2 * V = 1 uF * 6V = 6 uC
Q3 = C3 * V = 2uF * 6V = 12 uC
ということでしょう。
難しいところがあるとすると、「十分時間がたった後」のことと、スイッチが切り替わった瞬間を区別して考えないと行けない点かもしれません。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
おすすめ情報
- ・漫画をレンタルでお得に読める!
- ・人生のプチ美学を教えてください!!
- ・10秒目をつむったら…
- ・あなたの習慣について教えてください!!
- ・牛、豚、鶏、どれか一つ食べられなくなるとしたら?
- ・【大喜利】【投稿~9/18】 おとぎ話『桃太郎』の知られざるエピソード
- ・街中で見かけて「グッときた人」の思い出
- ・「一気に最後まで読んだ」本、教えて下さい!
- ・幼稚園時代「何組」でしたか?
- ・激凹みから立ち直る方法
- ・1つだけ過去を変えられるとしたら?
- ・【あるあるbot連動企画】あるあるbotに投稿したけど採用されなかったあるある募集
- ・【あるあるbot連動企画】フォロワー20万人のアカウントであなたのあるあるを披露してみませんか?
- ・映画のエンドロール観る派?観ない派?
- ・海外旅行から帰ってきたら、まず何を食べる?
- ・誕生日にもらった意外なもの
- ・天使と悪魔選手権
- ・ちょっと先の未来クイズ第2問
- ・【大喜利】【投稿~9/7】 ロボットの住む世界で流行ってる罰ゲームとは?
- ・推しミネラルウォーターはありますか?
- ・都道府県穴埋めゲーム
- ・この人頭いいなと思ったエピソード
- ・準・究極の選択
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
電流がI=dQ/dtやI=-d...
-
電圧を掛けるとはどういう状態...
-
電磁気学の問題です。 それぞれ...
-
完全導体の誘電率
-
電気回路図における電荷保存則...
-
ガウスの法則の問題
-
電界と電荷密度と静電ポテンシ...
-
クーロンの法則からの問題
-
電子量の問題
-
電荷量と電気量は一緒?
-
陽イオンとラジカルの違い
-
クーロンの法則
-
WIKIの「中性子は電荷を持...
-
ガウスの法則について質問です...
-
平面電荷が作る電界の力はなぜ...
-
無限に長い円筒の側面上に電荷...
-
電荷の空間分布と電荷密度とは...
-
高3物理、電気分野のコンデンサ...
-
電磁気学(電場を求める)
-
宇宙に存在する全粒子の電荷の...
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
電流がI=dQ/dtやI=-d...
-
電圧を掛けるとはどういう状態...
-
電荷量と電気量は一緒?
-
エネルギー保存の式ではじめの...
-
電気回路図における電荷保存則...
-
正電荷は移動しないのか?
-
X線管に1Aの電流を1秒間流した...
-
誘電率について質問します k=1/...
-
交番電界とは何ですか?
-
光子と電子の違いって?
-
完全導体の誘電率
-
陽イオンとラジカルの違い
-
素電荷q=1.6*10^-19 [C] ボルツ...
-
「V=ED」??
-
アースされた電気の行く末は?
-
電場を積分することによる電位...
-
二枚の無限に広い平らな板の電場
-
高校物理、コンデンサーについ...
-
バンドギャップと導電率の熱活...
-
点電荷と電荷の違いについてご...
おすすめ情報