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コンテスト/Gnit Sunday Open 001 (GSO001)/第10問 コンデンサーの接続切り替えとジュール熱
第10問

コンデンサーの接続切り替えとジュール熱

終了
300 ptsLv.5 初級電磁気
2026/03/08 19:30〜2026/03/08 21:00
作成者:admin

問題文(再掲)

起電力 VVV の直流電源、電気容量 C1C_1C1​ のコンデンサー C1C_1C1​、電気容量 C2C_2C2​ のコンデンサー C2C_2C2​、抵抗値 R1R_1R1​ の抵抗 R1R_1R1​、抵抗値 R2R_2R2​ の抵抗 R2R_2R2​、およびスイッチ S1,S2S_1, S_2S1​,S2​ を用いて、以下の回路が構成されている。 電源の正極からスイッチ S1S_1S1​、抵抗 R1R_1R1​、コンデンサー C1C_1C1​、そして電源の負極へと直列に接続された閉回路がある。 さらに、コンデンサー C1C_1C1​ と並列になるように、スイッチ S2S_2S2​、抵抗 R2R_2R2​、コンデンサー C2C_2C2​ が直列に接続された回路がある(すなわち、C1C_1C1​ の正極側極板から S2S_2S2​、R2R_2R2​、C2C_2C2​ を経由して C1C_1C1​ の負極側極板へと接続されている)。 初期状態において、スイッチ S1,S2S_1, S_2S1​,S2​ はともに開いており、コンデンサー C1,C2C_1, C_2C1​,C2​ には電荷は蓄えられていない。

以下の操作を順に行った。 [操作1] スイッチ S1S_1S1​ を閉じ、十分な時間が経過した。 [操作2] その後、スイッチ S1S_1S1​ を開き、続いてスイッチ S2S_2S2​ を閉じて十分な時間が経過した。

操作2の過程において、回路で発生したジュール熱 JJJ を求めよ。

制約

  • V=120 VV = 120 \ \text{V}V=120 V
  • C1=4.0×10−6 FC_1 = 4.0 \times 10^{-6} \ \text{F}C1​=4.0×10−6 F
  • C2=6.0×10−6 FC_2 = 6.0 \times 10^{-6} \ \text{F}C2​=6.0×10−6 F
  • R1=100 ΩR_1 = 100 \ \OmegaR1​=100 Ω
  • R2=200 ΩR_2 = 200 \ \OmegaR2​=200 Ω

入力形式

発生したジュール熱 JJJ を μJ\mu\text{J}μJ(マイクロジュール)単位で求め、その数値となる自然数を答えよ。

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