コンデンサーについて質問です。 電池V、コンデンサーC、スイッチSからなる回路がある。初め、Sを開い

コンデンサーについて質問です。
電池V、コンデンサーC、スイッチSからなる回路がある。初め、Sを開いた状態で誘電体A[誘電率ε]をコンデンサーにあらかじめ挿入しておく。つまり、コンデンサーの電気容量はεCとなる。
Sを閉じて充分時間が経過し、Q=εCVで充電を完了させる。
このあと、Sを閉じた状態でAをコンデンサーから取り出す(Aはコンデンサーから引き込まれる力を受けるが、それに逆らって無理やり引っこ抜く)。

このとき、V=(一定)で電気容量がεC→Cへと減少したので、Q=CVよりQは減少しますよね？つまり電荷がコンデンサーから電池に逆流したことになりますがこれは正しいのでしょうか？

どなたかわかる方いらっしゃいましたら教えていただけると幸いです。

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2019/07/11 15:06

正しいです。

電荷が減る、電荷が電池に戻るのは、「電流の流れる方向と逆」に電荷が移動するのでおかしい、というのが疑問の出発点かと思います。

そもそも「導体」とは、電子が自由に動けて、電位差や電場によって電荷が流れ得るところです。
閉回路が構成されて、一定の電圧がかけられていれば「抵抗」にもあった電流が定常的に流れます。
コンデンサは「極板」で閉回路は構成されていませんが、電極間の「電場（電界）」に引かれて電荷が溜まりきるまで充電します。十分時間が経つと、電極間の電場に従って対面に異電荷がフル充電され、電極間の電荷どうしが引きつけあう状態で「安定」になり、電流は流れなくなります。

コンデンサの電極間に入れていた誘電体を取り除けば、電極間の電場は弱くなり「電極間の電荷どうしが引きあう力」が弱くなります。その分電極に溜まっていた電荷の一部が後ずさりする、そんなイメージです。逆方向に電流が流れるというよりも、電荷が前のめりで張りつめていたロープが、少し力が緩んで少し後ろに下がったという感じ。

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2019/07/11 14:07

正しいです。

コンデンサーの電圧が上昇して電池電圧を超えるので、
その差分で、コンデンサーから電池を充電した、
と言う現象と思えばよいでしょう。

No.2 回答者： masterkoto 回答日時： 2019/07/11 14:03

比誘電率ε>1として

Q'=εCV
Q=CVとする

Q'-Q=CV(ε-1)>0だから
つまり、あなたの言う通りQ'>Q
→コンデンサに蓄えられた電荷は減少することになるが、回路を飛び出すわけにはいかないから、電池に戻ったことになる
だから、もし電池が充電可能なものでない場合は、電流の逆流による破裂などの心配がある

No.1 回答者： endlessriver 回答日時： 2019/07/11 13:48

正しいです。

概略の説明は次のようになります。
誘電体がある状態では分極による電界のため合計電界は小さくなっています。誘電体を取ると、
分極による電界がなくなり、電界が大きくなります。

すると、電極間の電圧（V=Ed、E=電界、d=間隔）も上がります。しかし、電源が接続されて
いるため、電極間の電圧は一定に保たれます。ここのためには、余分の電荷が電源に戻るしか
ない。