電験三種 令和4年度(2022) 下期 理論 問2 過去問解説
図のように，平行板コンデンサの上下極板に挟まれた空間の中心に，電荷 $Q$[C]を帯びた導体球を保持し，上側極板の電位が $E$[V]，下側極板の電位が $-E$[V]となるように電圧源をつないだ。ただし，$E \gt 0$ とする。同図に，二つの極板と導体球の間の電気力線の様子を示している。
このとき，電荷 $Q$[C]の符号と導体球の電位 $U$[V]について，正しい記述のものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
- (1) $Q \gt 0$ であり，$0 \lt U \lt E$ である。
- (2) $Q \gt 0$ であり，$U = E$ である。
- (3) $Q \gt 0$ であり，$0 \lt E \lt U$ である。
- (4) $Q \lt 0$ であり，$U \lt -E$ である。
- (5) $Q \lt 0$ であり，$-E \lt U \lt 0$ である。
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正解は(1)
解説
【考え方】「電気力線は正の電荷から出る」「電気力線は電位の高い所から低い所へ向かう」の2つで考えます。
■1 Q の符号
図では、導体球から下側極板へ、多くの電気力線が出ています。
上側極板から球に入る線は、1本だけです。
出る線の方が多いので、球は正の電荷です。→ $Q \gt 0$
■2 上側極板と球の電位
上側極板から球へ線が向かっているので、上側極板の方が電位が高いです。
$U \lt E$
■3 下側極板と球の電位
球から下側極板へ線が向かっているので、球の方が電位が高いです。
$U \gt -E$
■4 U は正か負か
球がなければ、真ん中の電位は $E$ と $-E$ のちょうど真ん中の0 Vです。
そこに正の電荷を置くと、電位は0 Vより上がります。
なので $0 \lt U \lt E$ です。
答えは(1)ピヨ。
出典：令和4年度（2022） 下期 第三種電気主任技術者試験（電気技術者試験センター）理論 問2