知恵袋: https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q13297652158
▶解説
(ⅰ)、スイッチA
Aの電位VA=8×30/(30+10)=30/5=6V …(答え)
C1の電荷Q1=10×VA=60μC …(答え)
(ⅱ)、スイッチB
C2の電荷量=10×VA=60μCがC2とC3に分散するので保存則より
60=C1VB+C3VB=30VB
∴VB=60/30=2V …(答え)
∴C3の電荷Q3=C3VB=20×2=40μC …(答え)
(ⅲ)、再びスイッチA
抵抗2を通過した正電荷はC3に溜まる電荷量Q3と同じだから
∴q=Q3=40μC …(答え)
∴左方向へ正電荷が流れた …(答え)
知恵袋: https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q14297588484
▶答え
(1):(2/3)CV
(2):(4/15)CV
(3):(2/5)CV
▶別解
(1)、スイッチがaの時、
C, 2Cは直列で印加電圧=Vとして
(電荷の公式Q=CVよりV=Q/Cなので)
キルヒホッフの第2法則より
V=Q/C+Q/2C
=Q×(1/C+1/2C)
=Q×(3/2C)
=Q/(2C/3)
∴2Cの上極板の電気量Q=2CV/3=(2/3)CV …(答え)
(2)、その後スイッチをbにすると
2Cの電圧=V/3なので、このV/3により直列の2C, 3Cに時計回り方向へ流れる電気量Q3とすると
(キルヒホッフの第2法則より)
V/3=Q3/2C+Q3/3C
=Q3×(1/2C+1/3C)
=Q3/(6C/5)
Q3を求めると
Q3=(V/3)×(6C/5)
=6CV/15
=2CV/5
∴2Cの上極板の電気量=2CV/3−2CV/5
=4CV/15
=(4/15)CV …(答え)
(3)、その後スイッチをaにすると
電源電圧V
Cの電圧=−2V/3
2Cの電圧=−2V/15
なので
電圧計=V−2V/3−2V/15
=3V/15
=V/5
なので、このV/5により直列のC, 2Cに時計回り方向へ流れる電気量Q2とするとキルヒホッフの第2法則より
V/5=Q/C+Q/2C
=Q×(1/C+1/2C)
=Q2/(2C/3)
Q2を求めると、Q2=(V/5)×(2C/3)
=2CV/15
∴2Cの上極板の電気量=4CV/15+2CV/15
=6CV/15
=2CV/5
=(2/5)CV …(答え)
知恵袋 https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q12295162197
初期条件:下図1
(C1=2μF:電圧20V、C2=1μF:電圧20V、C3=6μF:電圧0V)
▶【問い】スイッチをaにし、次にbにした時、C1の極板A側の電荷を求めよ。
またC3左極板の電荷の符号は➕か➖か?
▶解説
スイッチaにするとC1の電荷C1×20V=2×20=40μCはC3側へ分散するので、その結果
C1の電圧V1は下がり
C3の電圧V3は上がる
そして充分時間経過すると、ついにはV1=V3になる。つまり電位差=0になるので電荷の分散は止まり定常状態になる。この状態を電荷量の保存則を用いいて式にすると
40μC=C1V1+CV3=2×C1+1×V3
V1=V3なので、V1=3V3=V’とすると
40=2V’+6V’=8V’
V’を求めると
V’=40/8=5[V]
つまり
C1の電荷Q1=2×2=10μC、左極板が➕、電圧5V
C3の電荷Q3=6×5=30μC、左極板が➕、電圧5V
この時、 C2の電荷Q2=1×20×20μC、左極板が➕、電圧20V です。
次にスイッチをbに切り替えると
C1,C2,C3は閉回路になり、C1の5VとC3の5Vは打ち消し合うので合成電圧は0V、だから閉回路の電圧は、等価的にC2の20V
この20VによりC1,C2,C3に溜まる電荷量Qは
Q={1/(C1+1/C2+1/C3)}×20
={1/(1/2+1/2+1/6)}×20
={1/(3/6+6/6+1/6)}×20
={1/(10/6)}×20
=(6/10)×20
=6×2
=12μC
この12μCの電荷が、C1,C2,C3から成る閉回路に、反時計回り方向へ流れるので(C1,C1,C3の各電荷の➕/➖と12μCが流れる方向を考慮して計算すると)
C1の電荷量Q1=10−12=−2μC、右極板が➕、電圧=2/2=1V
C2の電荷量Q2=20−12=8μC、左極板が➕、電圧=8/1=8V
C3の電荷量Q3=30+12=42μC、左極板が➕、電圧=42/6=7V
なので
C1の左極板Aの電荷量=−2 [μC] …(答え)
C3の右極板の電荷の符号は➕ …(答え)