コンデンサーC(静電エネルギーとスイッチON・OFF)
1.導入
コンデンサーのはじめの授業でコンデンサーの充電放電をみました。 コンデンサーに電荷が蓄えられている状態から,豆電球を接続すれば電流が流れ 豆電球を光らせることができる。これは「コンデンサーにエネルギーが蓄えられて, それが豆電球で光や熱のエネルギーに変化した」と捉えることができます。 つまり「コンデンサーに電荷がたまっている状態」=「コンデンサーがエネルギーを持っている」ということで, そのエネルギーを「コンデンサーの静電エネルギー」といいます。
2.コンデンサーの静電エネルギー
証明の方法は,@片方の極板からもう片方の極板へ電荷を少しずつ移動させていく方法(ここでの方法), A片方の極板を固定し,もう片方の極板を無限遠から持ってくる方法, Bコンデンサーに抵抗を接続して,その仕事量を計算する方法などがあります。 ここでは@の方法で考えてみましょう。
ちょっと証明は難しいですが,結論は忘れてはいけません。 3つの表現を書きましたが,自分の好きなのを1つ覚えておいて, 問題にあわせてQ=CVで変形できるようにしておいてください。
以上で,コンデンサーに出てくる式はほぼ終了です。問題演習をしていきましょう。
3.問題演習(スイッチのON・OFF)
次の問題をやってみてください。
解答です。
・「スイッチを切っている」場合=電荷は移動できないので「電荷は変化しない」(電位差は変化する)
・「スイッチを入れている」場合=電荷は変化できるが「電位差は変われない」
次回はもう一問解いてから,回路に入っていきましょう。
授業を終えて。。。
はやめにすべての式を導出してしまいたいと思ったので,静電エネルギーをここでつかったが,
授業としてはまとまりがないような気がする。
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