【10】コンデンサー【物理解説】

コンデンサー物理

この記事では、物理「コンデンサー」の解説をしていきます。

この項のポイントは以下の3つです。

  • コンデンサーの基本:Q = CV
  • コンデンサーの静電エネルギー:U = QV/2
  • コンデンサーの接続:直列と並列で違うので、注意する

今回はコンデンサー。

今までの電気の知識でも新しい、仰々しい名前のついた知識です。

いよいよ、電気が苦手な人は脱落していきます。遅れないように理解していきましょう。

それでは、解説していきます。

コンデンサーの基本

まずは、コンデンサーの基本を解説します。基本が理解できないと、これから先が全く理解できないので、じっくり焦らず考えていきましょう。

コンデンサーとは「2枚の金属板を向かい合わせて並べた装置」で、「電荷をためておく」ことができます。

よくわからないですね、解説していきます。

コンデンサーの電気量と電位差

電気量と電位差

コンデンサーの正極側の極板にQ〔C〕、負極側に-Q〔C〕の電気量が帯電している時、このコンデンサーにはQ〔C〕の電気量がためられています(2Qではない!)

今度は、電気量Qと電位差Vの関係を考えます。

コンデンサー

続いて、コンデンサーの中に誘電体を入れたときのことも考えてみます。

コンデンサーの誘導体と誘電率

コンデンサーの静電エネルギー

続いて、コンデンサーの静電エネルギーを解説します。

今までとは観点を変えて、エネルギーの分野からコンデンサーを見ていくので、じっくり勉強していきましょう。

充電したコンデンサーに豆電球をつなぐと、電球は光ります。

このことから、充電したコンデンサーはエネルギーを持っていることが分かります。

  • 高い位置からボールを落とす(重力による位置エネルギー)
  • ばねを引っ張って離す(弾性力による位置エネルギー)
  • コンデンサーを放電させて豆電球を光らせる(コンデンサーの静電エネルギー)

上記は似たようなものだということですね。

さて、続いてコンデンサーによる静電エネルギーを具体的に考えていきます。

コンデンサーは、放電されて電荷が流れ出るに従って電位差が小さくなっていきます。

つまり、コンデンサーの電位差は一定ではないと分かりますね。

ばねによる「弾性力による位置エネルギー」もばねの伸びによって弾性力が変わりました。

コンデンサーの静電エネルギーも同じように考えてみましょう。

コンデンサーの静電エネルギー

コンデンサーの接続

次は、回路に複数のコンデンサーを繋いだ時、コンデンサーの性能を見てみます。

単純なので、分かりやすいはずです。

コンデンサーを直列に2つ、並列に2つ繋いだ時のことを考えます。

コンデンサーの接続

抵抗を複数繋いだときの合成抵抗に似ていますが、直列と並列が逆なことに気をつけてくださいね。

まとめ

コンデンサーについて理解できましたか?

ポイントをまとめますね。

  • コンデンサーの基本:Q = CV
  • コンデンサーの静電エネルギー:U = QV/2
  • コンデンサーの接続:直列と並列で違うので、注意する

コンデンサーを解説しました。

難しいと思った方も多いでしょう。実際、難易度はこの辺からグンと上がります。

ゆっくりでいいので、しっかり理解して次に進みましょう!

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