CファラドのコンデンサにQクーロンの電荷が貯まっているとき、極板間電圧は
V=Q/C
で求まります。また、極板面積S、極板間距離d、誘電率εのコンデンサの静電容量は、
C=εS/d
で求まります。
ここで回路を見ると、左の3直列のコンデンサは、極板の形状と大きさは全て同一であることから、静電容量の比は上から順に
3/2:3/3:3/5
となります。一方、V=Q/Cの式より、直列コンデンサ(=流れた電荷量は全て同じ)の極板間電圧は静電容量Cの逆数の比になることが分かりますから、左の3直列のコンデンサの電圧比は、上から順に
2/3:3/3:5/3
となります。ここで電圧比を整数に直すと、分母が全て3なので
2:3:5
と分かります。これらの合計が10kVですから、コンデンサの極板間電圧は上から順に
2kV:3kV:5kV
です。
電界の強さは、二点間の電圧差をその距離で割った値なので、EAの大きさは、
2kV÷2mm=1kV/mm
となり、この時点で正解は(3)しかありません。
EBの求め方も同じです。真ん中の2直列のコンデンサの静電容量比は、
2/4:2/6
ですから、電圧はこの逆比の
4/2:6/2=4:6
です。したがって真ん中上側コンデンサの極板間電圧は4kVです。
これより、EBの値は
4kV÷4mm=1kV/mm
となります。