H30年電験3種理論問2解説～コンデンサ内の電界～
こんばんは。イルカです。
久しぶりの電験３種動画になります。
今回は、電験３種H30年度理論問２の解説動画を投稿しました。
今回も、文字で補足しつつ説明します。
youtubeに投稿した解説動画
電験3種合格講座 H30年理論問2解説
問題の概要
極板間の電界に関する問題です。
今回の問題は誘電体の性質や導体の性質について理解していれば
感覚で瞬時に解くことができる問題です。
こういった二者択一の問題では、具体的な答えを導く必要がありません。
必要な知識を身に着けて瞬時に感覚で解答を選びたいところです。
もちろん、時間が余れば計算で求めてみてもよいでしょう。
コンデンサに誘電体を挿入
誘電体が分極すると、外部電界を打ち消す方向に電界を発生します。
比誘電率が高いと、分極が強くなり打ち消す電界も強くなります。
そうなると、誘電体層のトータルの電界は弱くなります。
というわけで、コンデンサ全体の電界を考えてみます。
さきほど説明したとおり、誘電体層の電界は弱くなっています。
ここで、グラフで考えてみるとわかりやすいのですが、
電圧が一定であるため、空気層の電界は挿入前よりも強くなります。
ちなみに動画内では、式を使った導出方法も簡単に触れていますが、
割愛させていただきます。簡単にいうと、電束密度は一定である
ということがポイントです。
コンデンサに導体を挿入
さて、つづいて導体を挿入した場合です。
こちらは簡単です。導体には電界ができません。
空気層の電界は、導体層がないものと考えた場合と同じです。
つまり、電圧はすべて空気層にかかることになるわけです。
空気層が薄くなっている分、空気層の電界は強くなります。
また、コンデンサ内の電界をグラフにあらわしました。
グラフを見ても分かる通り、電界は強くなります。
こちらは式で考えても単純ですね。
厚さが薄くなった分、電位の傾きである電界強度も強くなります。
まとめ
答えの導出が不要な問題では、イメージがつかめていれば
一瞬で問題を解くことができます。
また、細かなことを考えずに簡単にグラフを作るのも良いです。
もし、理論ではいつも時間が足りなくなるという方は
こういった問題で時間を稼ぎ、時間をかけるべき問題に配分しましょう。
時間が余れば、式を立ててみるのも良いかと思います。
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