物理【電磁気】第12講『コンデンサーに蓄えられるエネルギー』の講義内容に関連する演習問題です。 講義編を未読の方は問題を解く前にご一読ください。
コンデンサーに蓄えられるエネルギー充電されたコンデンサーに豆電球をつなぐと一瞬光ります。これは「コンデンサーにエネルギーが蓄えられている」と考えることができます。...
問題
[Level.1]
コンデンサーを50Vの電圧で充電したところ，6.0×10-4Cの電気量が蓄えられた。 コンデンサーがもつ静電エネルギーを求めよ。
[Level.2]
電池にコンデンサーをつないで充電した。 充電完了後，次の(1),(2)の操作をすると，静電エネルギーはそれぞれ操作前の何倍になるか。
(1) コンデンサーから電池を切り離した後，極板間を比誘電率2.0×103の誘電体で満たす。
(2) コンデンサーに電池をつないだまま，極板間を比誘電率2.0×103の誘電体で満たす。
[Level.3]
下図のように，電気容量がC[F]と4C[F]のコンデンサーが，スイッチと抵抗を介して接続されている。 スイッチは最初開いており，両方のコンデンサーには電荷がq[C]（q＞0）ずつ蓄えられていた。 2つのコンデンサーに蓄えられている静電エネルギーの合計を求めよ。 また，スイッチを閉じた後に2つのコンデンサーに蓄えられている静電エネルギーの合計を求めよ。
この下に答えを載せていますが，まずは自力で考えてみましょう。
答え
[Level.1]
1.5×10-2J
[Level.2]
(1) 5.0×10-4倍
(2) 2.0×103倍
[Level.3]
\(\frac{5q^{2}}{8C}\)，\(\frac{2q^{2}}{5C}\)
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