実験番号UE301080 3B Scientific® Experiments ...going one step further 電磁気学 電磁気学 平板コンデンサの電圧 平板コンデンサの電圧 実験番号UE301080 原理 帯電した平板コンデンサの電極間には，引力が働いています。その 実験で測定された電極間距離と電圧をグラフにすると，電極間距離 為，電極間距離を広げようとするときには，力学的な仕事が必要とな d が大きくなると比例関係を表す直線上から外れてきます。これは， ります。この仕事によるエネルギーの増加は，電極間の電圧を測定 その領域では電極間電場 E が一様という仮定が成り立たなくなるた することで確かめられます。電圧測定時には，電極の電荷を失わな めです。 い為に，電流が発生しないようにする必要があります。 より詳細な知見は，電荷 Q を持った平板コンデンサの間の電場が一 様であるという，電極間距離が短い場合に成り立つ仮定のもとで得 ることができます。この時電場 E は次のように表せます。 E= （1） 1 Q ⋅ ε0 A A: コンデンサ電極面積 ε0 = 8 .85 ⋅ 10−12 V⋅s : 真空の誘電率 A ⋅m ここでε0 は真空の誘電率で，A はコンデンサ電極の面積です。 電 場が一様であることより電場 E と電圧 U は次の関係にあります。 （2） U = E ⋅d d: コンデンサ電極間距離 実験手法 • 帯電した平板コンデンサの電極間 距離を変化させ，その時の両端電 圧を測定します。 • 電極間距離が小さい時に，電圧と 電極間距離が比例することを確か めます。 電極間距離が変わっても電場 E は一定であるので，電極間距離 d 目的 と電圧 U は比例関係にあります。 図1：電極間隔dに対する平板コンデンサ電圧Uのグラフ この関係を実験で見るためには，コンデンサに蓄えられた電荷 Q が 平板コンデンサの電極間距離による電圧を測定する。 変化しないことが必要なので，電場計により静電電圧測定する必要 があります。 概要 帯電した平板コンデンサの電極間距離を広げるには，力学的な仕事が必要です。この時の 電圧の変化を，電場計を使い静電圧を測定することで確かめます。 必要器具 品番 品名 数量 U8533015-115 電場計 1台 ￥ U8492345 可変平板コンデンサ，D 型 1台 ￥ U17450 アナログマルチメーター：電流・電圧 U13801 低電圧高電流用リード線：75cm，15 本セット 直流電源，20V，5A 金額 1台 ￥ 1 セット ￥ 1台 別途ご用意ください 合計 ￥ ※直流電源は，合計金額に含まれておりません。 1 24 ・掲載価格は平成 23 年 1 月現在のものです。また，消費税込で表示しております。 ・価格及び仕様は予告なく変更されることがあります。あらかじめご了承ください。 25
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