質問: sv^2/(2d×l)(ε0-ε)<0 よって誘電体に働く力の向きはxの減少する方向(コンデンサから追いやられる向き)だと思いました。 これであっているのでしょうか?
回答: 仮想変位を考えるときには、観測する力以外には外部とのエネルギーのやりとりのない状態で考える必要があります。 コンデンサを電池から切り離した状態だと、コンデンサだけ考えても上の条件は満たしますが、電源がつながっている場合には電源とエネルギーのやりとりが起きるのでそこまで考える必要があります。 具体的には、位置がδxだけ移動した時の静電エネルギーの変化δwとその時に電源からコンデンサに移動する(ということは電源のエネルギーが減ってる)電気エネルギー-δu(=-vδq,δqは電荷の変化)を足した(δw-δu)を考えて、これをδxで割って力を考える必要があります。 #1さん回答にあるように、δu=2δwになって、結果としてコンデンサ単独のときと同じ向き、同じ大きさの力が作用する、という答えになるかと思います。