電験三種 令和元年度(2019) 理論 問15(a) 過去問解説

問15(a) 《静電気(接地導体平面と電気力線)》
図のように,平らで十分大きい導体でできた床から高さ $h$[m]の位置に正の電気量 $Q$[C]をもつ点電荷がある。次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし,点電荷から床に下ろした垂線の足を点O,床より上側の空間は真空とし,床の導体は接地されている。真空の誘電率を $\varepsilon_0$[F/m]とする。 (a) 床より上側の電界は,点電荷のつくる電界と,床の表面に静電誘導によって現れた面電荷のつくる電界との和になる。床より上側の電気力線の様子として,適切なものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問15(a)の図
  1. (1) 図の(1)
  2. (2) 図の(2)
  3. (3) 図の(3)
  4. (4) 図の(4)
  5. (5) 図の(5)
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正解は(5)
解説
【考え方】接地した導体の表面は電位がどこも同じなので、電気力線は表面に垂直に入ります。 点電荷 Q はプラスなので、電気力線は Q から出ていきます。 床の表面には、静電誘導(近くの電荷に引かれて、反対の電荷が集まること)で、マイナスの電荷が現れます。 だから、Q から出た線の多くは、床に入って終わります。 床は導体で、表面の電位(電気の高さ)はどこも同じです。 このため、電気力線は床に垂直に入ります。 (1) 線が床にそって横に走っています。誤りです。 (2) 線が Q に戻っています。プラスの Q に入る線はないので誤りです。 (3) 線が床にななめに入っています。誤りです。 (4) 上から入ってくる線があります。上にはほかの電荷がないので誤りです。 (5) 線が Q から出て、床に垂直に入っています。正しいです。 答えは(5)ピヨ。
出典:令和元年度(2019) 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15(a)