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コンデンサつなぎ替え

2024-05-07 22:31:28 | 電気回路

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)


コンデンサつなぎ替え

2024-05-07 17:04:10 | 電気回路

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)


コンデンサ、つなぎ替え

2024-03-20 13:12:42 | 電気回路

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)