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Certia
B問題
下期

電験三種 理論 2025年度 下期 問17(b)

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図のように,極板間の厚さd[m],表面積S[m²]の平行板コンデンサAとBがある。コンデンサAの内部は,比誘電率と厚さが異なる3種類の誘電体で構成され,極板と各誘電体の水平方向の断面積は同一である。コンデンサBの内部は,比誘電率と水平方向の断面積が異なる3種類の誘電体で構成されている。コンデンサAの各誘電体内部の電界の強さをそれぞれEA1,EA2,EA3,コンデンサBの各誘電体内部の電界の強さをそれぞれEB1,EB2,EB3とし,端効果,初期電荷及び漏れ電流は無視できるものとする。また,真空の誘電率をε0[F/m]とする。両コンデンサの上側の極板に電圧V [V]の直流電源を接続し,下側の極板を接地した。次の(a)及び(b)の問に答えよ。コンデンサAコンデンサB (b) コンデンサB全体の蓄積エネルギーは,コンデンサA全体の蓄積エネルギーの何倍か,最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

問題の図

正解と解説

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正解 4

1.20

コンデンサBは3つの部分が並列なのでCB={2ε₀(S/6)+3ε₀(S/3)+6ε₀(S/2)}/d=(13/3)ε₀S/dである。コンデンサAは直列なので1/CA=(5/18)d/(ε₀S)すなわちCA=(18/5)ε₀S/dとなる。加える電圧が同じならW=(1/2)CV²より蓄積エネルギーは静電容量に比例するので、比は(13/3)/(18/5)=65/54≒1.20倍となる。

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