A問題
下期
電験三種 理論 2022年度 下期 問2
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図のように,平行板コンデンサの上下極板に挟まれた空間の中心に,電荷Q[C]を帯びた導体球を保持し,上側極板の電位がE[V],下側極板の電位が-E[V]となるように電圧源をつないだ。ただし,E>0とする。同図に,二つの極板と導体球の間の電気力線の様子を示している。このとき,電荷Q[C]の符号と導体球の電位U[V]について,正しい記述のものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
正解と解説
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正解 1
Q>0であり,0<U<Eである。
図の電気力線は上側極板から下向きに出て一部が導体球に入り、導体球からは多数の電気力線が下側極板へ向かって出ている。導体球に入る本数より出る本数の方が多く、正味では電気力線が湧き出しているので導体球は正に帯電しており、Q>0である。また電気力線は電位の高い方から低い方へ向かうので、上側極板(E)から球へ線が入り、球から下側極板(-E)へ線が出ることより-E<U<Eであり、さらに電荷を持たなければ対称性から中央の電位は0となるところ、正電荷Qを帯びているため電位は0より高くなり、0<U<Eとなる。