質問: コンデンサーに働く外力の向きについて お世話になっております。 コンデンサーの極板に外力をかけて電極間距離を変える場合、 引き離すとき電場と逆向きの外力が正の仕事をするというのはわかるのですが、 逆に縮めるときも外力の向きが電場と逆向きというのがいまいちわかりません。 外力がコンデンサーに負の仕事をする =コンデンサーに蓄えるエネルギーを減らす =q^2/2cを減らす =cを増やす、ということで 縮めれば負の仕事になるというのはわかるのですが、 縮めてるのに外力の向きが外向きというのがどうも腑に落ちません。 初歩的な質問ですが、ご教授よろしくお願いいたします。
回答: コンデンサーの極板が、電場から受ける力をfとしておきます。 また、極板を、対になっているもう1つの極板から、離す向きを、正の向きとしておきます。 このように、設定すれば、力fは、負の向きの力ということになります。 極板に加える外力を、正の向きに、fとしてみます。 (1)|f|>|f| の関係が有るとき、極板は、正の方向に、移動します(極板間の距離が大きくなる)。 (2)|f|=|f| の関係が有るとき、極板は、移動しない(きょりが、一定の値に保たれる)。 (3)|f|<|f| の関係が有るとき、極板は、負の方向に、移動します(極板間の距離が小さくなる)。 (3)のことに、違和感を感じるとのことですが、たとえば、 荷物をテーブルから、床に下ろすとき、荷物を支えるために、どんな向きの力を加えるでしょうか? 上から押す力ではないですよね。ゆっくりおろすために、上向き(重力と反対向き)の力で、支えながら、下ろすはずです。床と荷物は、近づくのに、外力は、重力と反対向き(荷物を、上に持ち上げる時と、向きは、おなじ)です。 これと、似た状況が(3)なのです。