【R4 下期 電験3種 理論 問2】平行平板コンデンサ内部に帯電した導体球を置いたときの電気力線と電界強度及び電位の関係の論説問題

みなさん、こんにちは!

ブリュの公式ブログ.org(for Academic Style)にお越しいただきまして、ありがとうございます!

この記事では、令和4年度 下期 電験3種 理論 問2の過去問解説をします。

令和4年度 下期 電験3種 理論 問2 問題文

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$Q\left[{\rm C}\right]$を帯びた導体球を保持し、上側極板の電位が$E\left[{\rm V}\right]$、下側極板の電位が$-E\left[{\rm V}\right]$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$Q\left[{\rm C}\right]$の符号と導体球の電位$U\left[{\rm V}\right]$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。


(1)$Q>0$であり、$0<U<E$である。

(2)$Q>0$であり、$U=E$である。

(3)$Q>0$であり、$0<E<U$である。

(4)$Q<0$であり、$U<-E$である。

(5)$Q<0$であり、$-E<U<0$である。

解答・解説

導体球は、電気力線の放出が9本、入射が1本であり、トータルで見れば電気力線を8本放射していることになります。

したがって、「電気力線を放射している」から、$Q>0$であることが分かります。

なお、導体球は分極によって負電荷と正電荷の分布ができており、以下の図のような分布になっていることが分かります。

また、電気力線(=電界)を逆向きにさかのぼれば、電位が高くなっていきます。

下側極板から電気力線を辿れば導体球にたどり着き、導体球から電気力線を辿れば上側極板にたどり着くので、電位は、

下側極板<導体球<上側極板

となるので、

$$0<U<E$$

となります。

よって、答えは(1)です。

電験 過去問解説

電験の過去問解説を無料公開しています。

全ての過去問記事は、電験3種 過去問解説 年度別一覧からどうぞ。

電験2種 過去問解説

電験3種 過去問解説

スポンサーリンク

シェアする

  • このエントリーをはてなブックマークに追加

フォローする