電気力線④解答

正解:(1)

解説:2つの導体球A , Bがあり、電気力線は図のようになっている。このとき、導体球Aは正の電荷を帯電しており、導体球Bは正の電荷を帯電している。導体球Aと導体球Bの電荷量の絶対値はAの方が2倍大きい。また、電位はAの方が高い。

電気力線は出入りの差し引きした総数をみて、正電荷か負電荷かを判断する。電荷Aは12本出ており、入ってきている電気力線は無いので、間違いなく正に帯電している。一方で、電荷Bは入ってきている電気力線が3本あるので、一見負電荷だと勘違いしてしまうが、出ていく電気力線が9本あるので、差し引きすると合計6本出て行っており、正に帯電している。したがって、電荷量の絶対値を比較すると、Aが12で、Bが6なので、Aの方が2倍大きい。また、電気力線③の通り、電気力線の大元ほど電位が高く、電気力線の先になるほど電位が低い。図ではAから出た電気力線がBに入っている。つまり、電気力線の大元にAがいて、先にBがいるので、電位はAの方が高い。

正に帯電している導体球Bに電気力線が入ることに違和感を覚えるかもしれない。確かに正に帯電しているので電気力線の合計の出入りとしては、出ていく方が多くはなるが、相対的に、より大きな正の電荷で帯電している物体があるときには、その影響を受けて、導体内で新たに正と負の電荷が発生して、バランスをとる。

したがって、図のように当初は6個の正電荷の導体球Bが12個の正電荷をもつ導体球Aの影響を受けて、新たに負電荷3個と正電荷3個(総電荷量は変わらないので、発生する正と負の電荷は常に一緒)が発生することで、導体球Aから出る電気力線とバランスする。

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