電磁気学
平行板静電容量器
板間は一様な電場 E = V/d です。C = ε₀A/d と蓄えられたエネルギー U = ½CV² を読み取ってください。
平行板静電容量器 — インタラクティブな電磁気学シミュレーション。板間は一様な電場 E = V/d です。C = ε₀A/d と蓄えられたエネルギー U = ½CV² を読み取ってください。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
平行板コンデンサ
板間には一様な電場 E = V/d ができます。C = ε₀A/d と蓄えられたエネルギー U = ½CV² を読み取ってください。
電圧 V、間隔 d の平行板は、その間にほぼ一様な電場 E = V/d を作ります（端の効果は無視します）。静電容量 C = ε₀A/d と蓄えられたエネルギー U = ½CV² は幾何学的形状から導かれます。再生を押すと、極板の電荷インジケーターが脈動する様子を観察できます。プロパティパネルで C と U を読み取ってください。
- E = V/d
- C = ε₀A/d
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
平行板コンデンサーの幾何（面積と間隔）は固定です。両端電圧を上げると蓄積エネルギーは正比例で増えるか、それ以上に速く増えるでしょうか？
検討する予測
- 蓄積エネルギーは電圧より速く増えます。電圧の二乗に依存するためです。
- 蓄積エネルギーは電圧に正比例します。
- 蓄積エネルギーは電圧に依存しません。
可変的な役割
設定するもの：
- 電圧 V (V)
測定するもの：
- 静電容量 C (pF)
- 蓄積電荷 Q (nC)
- 蓄積エネルギー U (nJ)
実験の進め方
- parallel-plates プリセットを開いて Reset を押します。板面積 = 0.05 m²、間隔 = 2 mm です。
- 電荷と蓄積エネルギーの読み出しを有効にします。
- 各試行で板間電圧を設定し、蓄積電荷とエネルギーを記録します。
支配方程式
平行板の静電容量 — C = ε₀A/d
間隔を置いた2枚の平行導体板は面積に比例し間隔に反比例して電荷を蓄え、C = ε₀A/d です。蓄積エネルギーは U = ½CV² = ½QV です。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- A = 0.05 m²、d = 0.002 m を用いて C = ε₀A/d を計算し、Q = CV、U = ½CV² を求めます。3つ全てを表と比較します。
- U = ½CV² から、電圧を2倍にすると電荷は2倍でも蓄積エネルギーは4倍になる理由を説明します。
実験以外での活用
- 静電容量 C = ε₀A/d は印加電圧でなく板の幾何だけで決まります。物理的に大きいコンデンサー（大きい A または小さい d）が同じ電圧で多くの電荷を蓄えられる理由を説明します。
- 医療用除細動器はコンデンサーを高電圧に充電し、1秒未満で患者へ放電します。U = ½CV² から、必要エネルギーを速く届けるため高静電容量でなく高電圧を使う理由を説明します。
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 10: Conductors and Capacitors
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 9: Electric Potential
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Energy in particle motion and fields
- 平行板コンデンサへようこそ
- コンデンサを選択
- 再生
- 板間の一様電場
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。