こんにちは。Horyです。
前回の記事では、クーロン力と電場・電位に関する問題を3題ほど攻略しました。
今回の記事では等電位面のグラフが絡む問題の攻略をしたいと思います。
今回も頑張りましょう。
前回の復習
電気力線と等電位面に関する復習です。
- 電気力線・・・電場の方向を上下に繋いだ線
- 等電位面・・・電位が同じ大きさの点の集合
以下に正の電荷を持つ点電荷の電場と等電位面の図を示します。
- 青い線・・・電気力線
- 点線の円・・・等電位面
- 電気力線と等電位面は垂直に交わる
以上が前回の内容の復習になります。
問題 等電位面と位置エネルギー
この問題を例に解説します。
（１）解答・解説
電場の強さは電位勾配の大きさに依存します。
つまり、等電位線の密度が大きいほど電場は強いです。
だから、電場の強さはBよりもAの方が強いです。
（２）解答・解説
- 電荷をゆっくり運ぶのに必要なエネルギー
- 電荷の位置エネルギーの変化に等しい
- 電気量qに電位の変化をかけた量に等しい
なので、「C→D」、「D→E」、「E→F」、「F→C」を求めて総和を考えます。
- C→D・・・電位変化ΔV=0⇔仕事W=0
- D→E・・・電位変化ΔV=-3V⇔W=qΔV=-3.0q [J]
- E→F・・・電位変化ΔV=+1V⇔W=1.0 [J]
- F→C・・・電位変化ΔV=+2V⇔Ｗ=2.0 [J]
以上よりWの総和は0になります。だから、クーロン力は保存力であると言えます。
（３）解答・解説
点Gの周囲にある等電位面を見てみます。
ｘ軸の負の方向に0.4m進むごとに電位の強さが1[V]だけ増加しています。
