【高校物理】コンデンサーの外力と静電気力の関係

質問

電池が接続されていない充電済みのコンデンサーの間隔を⊿x広げると静電エネルギーが⊿U増えるとするとき外力の仕事をWとするとW=⊿Uになりますが、
コンデンサーにバネが付いている場合は外力の大きさ=静電気力+弾性力 になると思うのですが、答えは外力の大きさ=静電気力 として静電気力=-⊿U/⊿xとなっています。

ここで質問なのですが何故コンデンサー周りのエネルギー保存を考える際に外力は静電気力のみを考えれば良いのでしょうか？

回答No.2

matelin · ベストアンサー

上記のN01と同じ者です。上の記述を補足すると、次のようになります。
「物体系が持っているエネルギーの変化量は、その物体の外からその物体系にされる仕事量に等しい」…（＊）　は一般的に成り立つ重要な法則です。

あなたは質問の中で「外力」という言葉を使っていますが、力を外力と内力に分けて考える考え方の前提として、物体系をどのように取るかと言う問題をはっきりさせる必要があります。

物体系をコンデンサーの両極板（と極板間の空間と）に取るならば、その物体系の持っているエネルギーはコンデンサーに蓄えられる　静電エネルギーになり、その物体系に外から仕事を加えるのは、ばねと電池の２つです。この時、上の（＊）は「静電エネルギーの変化量は、弾性力が極板Ａにする仕事量と、電池がコンデンサーにする仕事量との、和に等しい」となります。ついでに言えば、この時静電力（コンデンサーの両極板が引き合う力）は内力になり、内力のする仕事量はその物体系のエネルギーの変化量とは無関係です。

また、物体系をコンデンサーとばねとを合わせたものに取ることもできます。　この時、上の（＊）は「静電エネルギーの変化量と弾性エネルギーの変化量との和は、電池がコンデンサーにする仕事量に等しい」となります。

上の２つの立場は、どちらも同じ答えに行きつくことになりますが、その途中の説明は少し異なってきます。

回答No.1

matelin

こんばんは。
この問題の説明の仕方には、いくつかの考え方があります。
この例題では、どの考え方に立って話を展開しているのかを私が知るために、
問題を最後まで掲示してください。