正解:(3)
解説:全体の流れとしてキーとなるのが、静電容量,電荷量,静電エネルギーの関係①にあるQ=CV(コンデンサの電荷量Qと静電容量C、電圧V)の式であり、図1で充電された2つのコンデンサを図2の様に並列接続し直した時に、合計電荷量と合成静電容量から、電圧を算出する。
まず、図1の回路での直列接続された2つのコンデンサの合成静電容量は静電容量の変化(並列・直列接続)の通り、$\frac{C_1×C_2}{C_1+C_2}$であるので、
$\frac{C_1×C_2}{C_1+C_2}=\frac{4×2}{4+2}=\frac{4}{3}$[μF]
また、6Vの電圧が印加されているので、電荷量は、
Q=CV=$\frac{4}{3}$×6=8[μC]
よって、C₁とC₂のコンデンサはそれぞれ8[μC]充電されている。
(※注意すべきは合計で8[μC]ではなく、それぞれ8[μC]である、ちなみに、直列回路の場合、印加電圧は静電容量の逆数に比例し、C₁には2[V]、C₂には4[V]印加されて、合計6[V]。この時、それぞれの電荷量はQ=CVより、Q₁=C₁×2=4×2=8[μC]、また、Q₂=C₂×4=2×4=8[μC]であることが確認できる。)
この充電された2つのコンデンサを図2の様に、同じ極同士で並列接続すると、合計電荷量はそれぞれの電荷量の和になるので、
8+8=16[μC]
また、静電容量の変化(並列・直列接続)の通り、並列接続したコンデンサの合成静電容量は、それぞれの静電容量の和であるので、
C₁+C₂=4+2=6[μF]
Q=CVを式変形して、V=Q/Cであるので、図2での印加電圧は、
V=$\frac{16[μC]}{6[μF]}\frac{8}{3}$[V]
したがって、正解は(3)である。