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電気磁気学I (2000年度 後期 本試験) 問題のコーナー (答の解説はここをクリック)


I 真空中に充分長い半径R1[m]の円柱導体1と内半径R2[m]で筒の肉厚t[m]の円筒導体2が同軸状に配置されている。 以下の問いに答えよ。(R1<R2とする。)必要な座標は各自で設定せよ。

 @ 円筒導体2の外側表面を接地して、円柱導体1に単位長さ当たりλ[C/m]の電荷を与えた。円筒導体2に分布する電荷を求めよ。

 A @において、円柱導体1の中心軸からの距離r[m]における電界の大きさを求めよ。

 B @において、円柱導体1の中心軸からの距離R[m]における電位を求めよ。

 C Bにおいて、全体を比誘電率εの媒質で満たした。電位はどうなるか。

 D Cにおいて、円柱導体1と円筒導体2の間の単位長さ当たりの静電容量を求めよ。

 E ε=3、R=2.2[mm]、R=6[mm]、t=0.1[mm]とする。 Dにおいて、単位長さ当たりの静電容量はいくらか。 ( ただし、loge(3/1.1)=1、ε0=8.854×10−12[F/m]として計算してもよい。)

 

II 比誘電率εで厚さT[m]の無限に広い誘電体板を電界E[V/m]の一様電界中においた。ただし、誘電体板の表面が電界の方向と垂直になるようにおいた。次の問に答えよ。

 @ 誘電体板内部の電束密度を求めよ。

 A 誘電体内部の電界を求めよ。

 B 誘電体表面に誘起される電荷の面密度を求めよ。

 

III 真空中の点(1,1,0)[m]にQ[C]の点電荷、点(−1,−1,0)[m]にQ[C]の点電荷がある。 以下の問いに答えよ。

 @ Q=−Q=1×10−9[C]のとき、 原点における電界、電位、電束密度、単位体積当たりの静電エネルギーを求めよ。

 A @で、全体を比誘電率 2 の媒質で満たした。原点における電界、電位、電束密度を求めよ。

 B @で、電位が0[V]の等電位面を求めよ。

 C Aで、1[C]の点電荷を、x軸上の正の無限の遠方から原点まで移動させた。この点電荷の得たポテンシャルエネルギーを求めよ。

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