問題平行平板コンデンサを直流電源に接続して充電した後、電源から切り離した。その後、極板間隔を 2 倍に広げたとき、コンデンサに蓄えられる静電エネルギーは広げる前と比べてどうなるか。ただし、極板間は真空で、電荷の漏れはないものとする。
- a変化しない
- b1/2 倍になる
- c1/4 倍になる
- d2 倍になる
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正解：d. 2 倍になる
電源から切り離しているので電荷 Q は一定に保たれる。極板間隔を 2 倍にすると C=ε0S/d より静電容量は 1/2 になり、エネルギーは W=Q²/(2C) で表されるから 2 倍になる。この増加分は極板どうしが引き合う力に逆らって外力がした仕事に相当する。1/2 倍とする考えは電圧一定の場合の傾向を誤って当てはめたもの、1/4 倍は容量変化を 1/4 と誤ったもの、変化しないとする考えは容量が変わる事実を無視したもので、いずれも誤りである。
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