静電界に関する次の記述のうち,誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。…
理論 第2問
静電界に関する次の記述のうち,誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
- (1)媒質中に置かれた正電荷から出る電気力線の本数は,その電荷の大きさに比例し,媒質の誘電率に反比例する。
- (2)電界中における電気力線は,相互に交差しない。
- (3)電界中における電気力線は,等電位面と直交する。
- (4)電界中のある点の電気力線の密度は,その点における電界の強さ(大きさ)を表す。
- (5)電界中に置かれた導体内部の電界の強さ(大きさ)は,その導体表面の電界の強さ(大きさ)に等しい。
正答 (5)
正答は (5)。
【誤りの選択肢 (5)】
「電界中に置かれた導体内部の電界の強さは、その導体表面の電界の強さに等しい」が誤りです。導体の内部には自由電子が多数あり、外部から電界を加えると、その電界を打ち消す向きに電荷がかたよって表面に集まります。この移動は、内部の電界がちょうどゼロになるまで続きます。もし内部に電界が残っていれば電子はまだ動き続けるので、静電界(電荷の動きが止まった状態)である以上、内部の電界は必ずゼロでなければなりません。これを静電遮へい(静電しゃへい)といい、金属の箱の中が外部の電界の影響を受けない理由でもあります。一方、導体の表面には電荷が集まっているので、そこには電界があります。したがって内部と表面の電界の強さが等しいということはありません。また、内部の電界がゼロであることから、導体全体は等電位になります。
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【正しい選択肢の確認】
(1) ガウスの法則により、電荷Q から出る電気力線の総本数N は
N = Q ÷ ε
で表されます。ε は媒質の誘電率です。電荷の大きさに比例し、誘電率に反比例しています。正しい記述です。なお、電束線の本数はQ 本そのもので、誘電率によりません。電気力線と電束線の違いとして押さえておくとよい点です。
(2) 電気力線が交差すると、その点で電界の向きが二つあることになってしまい、
電界が一意に定まらなくなります。よって交差しません。正しい記述です。
(3) 等電位面に沿って電荷を動かしても仕事は生じません。
仕事が生じないということは、その向きには力の成分がない、すなわち電界の成分がないということです。したがって電界(電気力線)は等電位面と直交します。正しい記述です。
(4) 電気力線は、単位面積を垂直に貫く本数がその点の電界の強さと等しくなるよう
定義されています。密度が濃いところほど電界が強いことになります。正しい記述です。
出典:令和5年度上期第三種電気主任技術者 理論科目 問2(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ
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