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그림 (가)와 같이 전기용량 CA, CB인 축전기에 각각 전하량 QA0… | [변리사 1차] 23년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 23년 1회차
그림 (가)와 같이 전기용량 CA, CB인 축전기에 각각 전하량 QA0, QB0이 저장되어 있다. 그림 (나)와 같이 두 축전기의 단자 1과 2가 연결되고, 기전력 ε인 전지와 연결되어 평형을 이룬 후 전기용량 CA인 축전기에 저장된 전하량 QA는?
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해설

두 축전기 사이의 고립된 도체 부분에서 전하량이 보존된다는 조건과 회로 전체 전압 조건을 연립하면 QA=CACBCA+CBε+(QA0−QB0)CACA+CBQ_A=\dfrac{C_AC_B}{C_A+C_B}\varepsilon+\dfrac{(Q_{A0}-Q_{B0})C_A}{C_A+C_B}이다.

그림 (가)에서 단자 1은 A의 아래 극판(전하 −QA0-Q_{A0}), 단자 2는 B의 위 극판(전하 QB0Q_{B0})이다. (나)에서 이 둘이 연결되어 외부와 단절되므로
−QA+QB=−QA0+QB0-Q_A+Q_B=-Q_{A0}+Q_{B0} → QB=QA−QA0+QB0Q_B=Q_A-Q_{A0}+Q_{B0}

두 축전기가 전지와 직렬로 한 고리를 이루므로
QACA+QBCB=ε\dfrac{Q_A}{C_A}+\dfrac{Q_B}{C_B}=\varepsilon

두 식을 연립하면 QA(CA+CB)=εCACB+CA(QA0−QB0)Q_A(C_A+C_B)=\varepsilon C_AC_B+C_A(Q_{A0}-Q_{B0})가 되어 위의 결과를 얻는다.

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