電界内の1点に,同じ電界内の他の基準点から,単位の正電荷を持ってくるのに必要な仕事Vをその点の電位といます。基準点の電位は0[C]とする。
基準点から電位がV[V]のところにQ[C]の電荷を持ってくるのに要する仕事をW[J]とすれば,
W = QV [J (=C・V)]
2点間の電位の差を電位差または電圧といい、単位は[V]である。
一様な電界E[V/m]の中で電界の方向にd[m]だけ離れた2点間の電位差をV[V]とすれば,この2点間で,電界により1[C]の電荷がE[N/m]の力を受けてd[m]だけ動かされるので
V = Ed [V]
電界中において、B点のA点に対する電位(AB間の電位差)は、A点からB点に点電荷Qを運ぶ仕事と定義するので、ある点からA点までの距離をra、B点までの距離をrbとすると
真空中のある点電荷における電位は
次の文章は、電界と電位差の関係について述べたものである。
図のように、電界の強さがE[V/m]の一様な電界中の点Aに1[C]の正の点電荷をおくと、この点電荷には( ア )が働く。いま、この( ア )に逆らって、その電界中の他の点Bにこの点電荷を移動するには外部から仕事をしてやらなければならない。このような場合、点Bは点Aより電位が( イ )といい、点Aと点Bの間には電位差があるという。電位差の大きさは、点電荷を移動するときに要した仕事の大きさによって決まり、仕事が1[( ウ )]のとき、2点間の電位差は1[V]である。
上記の記述中の空白箇所( ア )、( イ )及び( ウ )に当てはまる語句又は記号として、正しいものを組み合わせたものは次のうちどれか。
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(1) | 起電力 |
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(2) | 静電力 |
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(3) | 起電力 |
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(4) | 保持力 |
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(5) | 静電力 |
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答え (2)
真空中において、図に示すように点Oを通る直線上の、点Oからそれぞれr[m]離れた2点A、BにQ[C]の正の点電荷が置かれている。この直線に垂直で、点Oからx[m]離れた点Pの電位V[V]を表す式として、正しいのは次のうちどれか。
ただし、真空の誘電率をε0[F/m]とする
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ヒント : 答え (1)
図のように、真空中に電極間隔d[m]の平行板電極があり、陰極板上に電子を置いた。陽極板に電圧V[V]を加えたとき、この電子に加わる力F[N]の式として、正しいのは次のうちどれか。
ただし、電子の質量をm[kg]、電荷の絶対値をe[C]とする。また、電極板の端効果は無視できるものとする。
(1) V2e/d (2) Vem/d2 (3) Vm/(d2e) (4) Ve/d2 (5) Ve/d
ヒント : 答え (5)