令和3年度 電験3種 理論 問2の過去問解説

令和3年度 電験3種 理論 問2

二つの導体小球がそれぞれ電荷を帯びており、真空中で十分な距離を隔てて保持されている。ここで、真空の空間を、比誘電率2の絶縁体の液体で満たしたとき、小球の間に作用する静電力に関する記述として、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(1)液体で満たすことで静電力の向きも大きさも変わらない。

(2)液体で満たすことで静電力の向きは変わらず、大きさは2倍になる。

(3)液体で満たすことで静電力の向きは変わらず、大きさは$\frac{1}{2}$倍になる。

(4)液体で満たすことで静電力の向きは変わらず、大きさは$\frac{1}{4}$倍になる。

(5)液体で満たすことで静電力の向きは逆になり、大きさは変わらない。

解答・解説

●正解(3)

(1)誤り

比誘電率$2$の液体で満たせば、$Q\left[\mathrm{C}\right]$の電荷に対する電束密度が$\frac{Q}{2\varepsilon_0}$となるので、電界が小さくなることが分かります。

よって、静電力QEも小さくなる(半分になる)ので、この記述は誤りです。

(2)誤り

液体で満たしても静電力の方向は変わりません。

しかし、選択肢(1)で示したように、電界が半分になるので、静電力は半分になります。

(3)正しい

正しい記述です。

(4)誤り
電界は誘電率に反比例します。

誘電率が倍になると、選択肢(3)で示されているように、静電力は半分になります。

(5)誤り

誤った記述です。

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