【物理】 コンデンサーについてなのですが、 極板間の電位差が電池の電圧の等しくなると、自由電子の移動

【物理】

コンデンサーについてなのですが、
極板間の電位差が電池の電圧の等しくなると、自由電子の移動が止まるのはなぜなのでしょうか？
そもそも、電池の電圧とは電池の中の電位差のことなのでしょうか？

No.3 回答者： endlessriver 回答日時： 2020/04/18 16:48

なお、同電位は電流が流れない根拠にはなりません。

よく知られたように、導線の間は同電位なのに、
電流が流れる場合があります（というかほとんど）。

電流を決めているのは、各素子の特性(V,Iの関係)と電荷保存則（≒キルヒホッフの電流則）です。

No.2 回答者： endlessriver 回答日時： 2020/04/18 16:41

1.

電源の電圧をE、Cの電荷をQとすると、Cの電圧はQ/Cで、キルヒホッフの電圧則により、
E=V=Q/C・・・①
となります。ここでもし、Cの+Q端に向かって、電流Iが流れたとすると、電荷保存則により、
I=dQ/dt
です。ところが、①により、Qは定数だから、I=0 となります。

2.
「電池の電圧とは電池の中の電位差のこと」、その通りです。
電池については、起電力と電圧という２つの言葉があり、ほとんど区別や注意もされていません。
というのは、起電力の定義を数式で書いた書籍はほぼ皆無で、言葉でのだらだらした説明なので、
当然、数式で定義されている電圧との関係を説明できず、うやむやにすることしかできません
（したがって、キルヒホッフの電圧則も「法則」として提示するしかなく、マクスウェルの式から
証明されていません）。

このような事情なので省略しましすが、電池の起電力という電荷に働く「力」（これが電磁力の場
合、電磁誘導となる）によって、電荷が分離します。分離した電荷によって、+電荷から-電界に向
かって電界が発生します。そして、起電力の能力以上の電荷分離が停止されある所で平衡します。

この起電力の要因は電磁誘導以外、数式で表すことは難しいので、発生した電界による電圧
V=-∫E・ds
は起電力と平衡していますから、この電圧によって起電力を表すことができます（詳細略）。

なお、電池の電界は、内外に存在し、どのルートの電界を使っても 電圧Vは同じです。

この回答へのお礼

ありがとうございます

お礼日時：2020/04/18 17:24

No.1 回答者： masterkoto 回答日時： 2020/04/18 14:17

まず、電圧とは電位差の別名です

次に　電位とは電気的な位置エネルギーの事で、
重力による位置エネルギーとの対比から
ある地点の電位が別地点の電位より高いということは、ある地点が別地点より電気的に高所にあるということと同じです
したがって、＋の電荷は高所である高電位の地点から、低所である低電位の地点へと落ちて（流れて）行きます（負電荷は低電位から高電位へと移動します）
最初コンデンサーに電荷がないときは　Q=CV⇔V=Q/C=0/C=0より　極版間に電位差（＝電圧）はありません
ゆえに、電池（起電力E[V])のマイナス極側を接地して電位０Vにすれば、電池＋極の電位は電池の電圧と同じ+E[V]
一方Aと書かれた極版の電位は０Vなので電気的な高低差ができていますから電荷の移動が起きます
充電が進んでくると極版間の電位差が高くなってくるので、結果極版Aの電位も上昇してきますが、
電池＋極と、Aの電位差が完全に０になるまでは電気的高低差により電荷の移動は続きます

さて、充電完了時はというと　コンデンサの電位差と電池の電位差が等しくなり、＋極とAの電位が等しくなる時なので
電気的高低差はなくなり電荷の移動は止まります

＋の電荷で話をしましたが、電子の移動で考えるなら、流れの向きなどを反転して考えてもらえばここまでの解説と同じ要領で考えることができます