高校物理「電気」コンデンサーを含む直流回路�B

高校物理「電気」コンデンサーを含む直流回路�B

◆問題

電気容量３．０μＦのコンデンサーＣ，２００Ωの抵抗Ｒ，起電力１２Ｖで内部抵抗の無視できる電源Ｅ，スイッチＳをつないだ回路がある。はじめ、コンデンサーは充電されていなかったとして、次の問いに答えよ。

(1) スイッチを入れた瞬間にコンデンサーに流れる電流を求めよ。

(2) コンデンサーに１．２μＣの電荷が蓄えられたとき、抵抗に流れる電流を求めよ。

(3) スイッチを入れてから充分時間が経った後、コンデンサーに蓄えられた電気量と静電エネルギーを求めよ。


参考図



◆解説

スイッチを入れてから充分時間が経ったということは、コンデンサーは完全に充電されたことを意味します。
その状態ではそれ以上電流は流れないので、抵抗にも電流は流れません。
ということは、抵抗での電位降下もゼロになるので、コンデンサーの極板間の電位差は電源の起電力と同じく１２Ｖとなります。

(2)と同様に、Ｑ＝ＣＶより、

Ｑ＝０．３０×１０^-6×１２
　＝３．６×１０^-6[Ｃ]

そして静電エネルギーは、Ｕ＝(１／２)ＣＶ²＝(１／２)ＱＶですね。
よって、

Ｕ＝(１／２)×３．６×１０^-6×１２
　＝２１．６×１０^-6
　＝２．１６×１０^-5

有効数字を２桁とすると、Ｕ＝２．２×１０^-5[Ｊ]となります。


次の問題→電池のした仕事


◆関連項目
コンデンサー
電気・磁気まとめ


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