(1)
\(1\mu=10^{-6}\)であることに注意して、\(Q=CV\)より
\(Q_2=8.0×10^{-6}･3.0×10^2\)
\(=2.4×10^{-3}[C]\)
(2)
\(Q=CV\)の関係をビーカーに見立てて解きます。ビーカーの容量を電気容量、ビーカーに入る水の水深を電圧、水量を電気量と見立てることにします。
いま、(1)で、コンデンサー\(C_2\)に蓄電される電気量が\(2400\mu[C]\)となっています。
この状態からスイッチを切り替えると、コンデンサー\(C_2\)に蓄えられていた電荷が\(C_1\)の方に流れていきますが、これらは並列接続の扱いになるので、電圧が等しくなります。
これをイラスト化してイメージすると、ちょうど右のビーカーに入っていた水が左側に流入して、水深が等しくなることと同じです。
電気量保存則から、コンデンサー\(C_1\)と\(C_2\)に蓄えられている電気の総量は\(2400\mu\)のままですが、電気容量が\(12\mu\)になりますので、\(Q=CV\)から
\(2400\mu=12\mu V_1\)
\(V_1=200[V]=2.0×10^2[V]\)
と計算できます。
(2)
さらにスイッチを切り替えて、再び\(C_2\)の方だけ満充電しておきます。
このとき、それぞれの物理量は図のようになります。
その後再びスイッチを切り替えると電圧が等しくなりますが、その値がいくらになるのかは、電気量保存則から、総電気量が変化しないことを利用すれば計算できます。
\(Q=CV\)より
\(800\mu+2800\mu=12\mu V_2\)
\(3200\mu=12\mu V_2\)
\(3200=12V_2\)
\(V_2=266.6666…\)
\(≒2.7×10^2[V]\)
