電磁気

コンデンサーのエネルギーで V を2乗し忘れる

問題

静電容量 C のコンデンサーに電圧 V をかけて充電した。たくわえられたエネルギー U を求めよ。

ありがちな答えU=12CV

答えの単位で検算する

手順1 求めたい量の単位を確かめる

求めたいのはエネルギー・仕事・熱量 U。単位は J(= kg·m2s2)。

使える量の単位:

手順2 答えの右辺に単位を当てはめる

数字の係数(2、12、π など)は単位をもたないので無視します。

[CV] =F·V=A·s × 不一致
手順3 比べる

求めたい量は kg·m2s2 なのに、答えの単位が合いません。この答えはどこかが間違っています。

どこで間違えやすいか

電気量 q = CV と混ざった。CV の単位は C(クーロン)で、エネルギーではない。

正しい答え

正しい答えU=12CV2
[CV2] =F·V2=kg·m2s2 ○ 一致

単位が kg·m2s2 になり、求めたい量と一致しました。

単位が合っても、答えが正しいとは限りません(係数や sin・cos の間違いは見つけられません)。ただ、単位が合わなければ必ず間違いなので、見直す場所を絞り込めます。

コンデンサーのほかのミス

コンデンサーの検算のコツ

C=QV、エネルギーは 12CV2(J)。CV は電荷(C)なのでエネルギーではありません。ε₀ の単位は Fm なので、容量 F を作るには長さを1つかける必要があります。時定数 RC は秒になります。

→ コンデンサーのミスをまとめて見る

→ エネルギー・仕事・熱量の単位の意味を調べる → 検算のやり方