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コンデンサーの電気量が不変の時、どうしてコンデンサー内の電場は不変なんですか?

A 回答 (1件)

コンデンサー内の電場はコンデンサーに蓄えられた電荷が作っているからです。



コンデンサーの電極間にかけられた電圧は電荷を移動させる。

電極に蓄えられた電荷が極板間の電界を形成する。

その電界による電位差が電圧と釣り合うと電荷の移動が止まる。

という過程でコンデンサーに電荷が溜まっていきます。極板間の電界を作っているのは極板にたまった電荷なのです。
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Qコンデンサの極板間の電界の大きさについてなのですが、極板間の距離をd、面積をSとするとガウスの定理よ

コンデンサの極板間の電界の大きさについてなのですが、極板間の距離をd、面積をSとするとガウスの定理よりE=Q/(εS)なので電界の大きさはQの大きさによりのみ決まると勉強しました。

そして平行平面コンデンサの場合、Q一定なのでコンデンサ内の電界の大きさはどこも同じと勉強しました。

そこで質問なのですが、
V=Ed
の公式がありますがこれは極板間のある一点を考えた場合、E一定でdは下の極板を基準としてるのである一点から下の極板までの距離をdに代入するという事でしょうか。(一番下はd=0なのでV=E×0=0)

そしてEについて考えると
E=V/d
となり、電界の大きさはどこも同じでQによりのみ決まるのに電位、下の極板までの距離に関係するとなります。
これは何故でしょうか

Aベストアンサー

>電荷のみによるのに電位、距離にも影響するというのが
>よく分かりません

??

Vがdに比例すれば、Qがー定なら、Eは変化しませんよね。
何も問題ないのでは?

Qコンデンサーの電気容量について・・

変なことを質問しますが・・平行コンデンサーに電池をつないだままこのコンデンサーの間の間隔を広げたり狭めたりするとコンデンサーの電気容量が増えたり減ったりしますが、コンデンサーの間隔をせばめて、電気容量が少なくなった時に余分(?)になった電気は電池のほうへ返っていってしまうのでしょうか・・?教えてください(>o<)

Aベストアンサー

 コンデンサの間隔をせばめるのではなく、広げたときに静電容量が小さくなりますが、電流の流れ方については、その通りです。
 Q=CV
の式からわかるように、Vが一定でCが変化すると、電気量Qが変化するので、電池からコンデンサに電流が流れたり、コンデンサから電池に流れたりします。
 逆に、Qが一定のとき、Cを変えるとVが変化します。

 ラジオに使われている可変容量コンデンサ(通称バリコン)というものは、軸を回すと静電容量が変化しますが、これを使って面白いことができます。
 電池からダイオードを通してバリコンを充電できるようにし、さらにバリコンからもう一つダイオードを通して別のコンデンサに充電できるように回路を作ります。
 軸をぐるぐる回して容量を変化させると、最大容量のとき電池から充電され、容量が減少するにつれてバリコンの電圧が上昇するので、となりのコンデンサを充電します。これを続けると、コンデンサの電圧は電池の電圧に比べ、バリコンの最大容量÷最小容量の比まで上昇します。つまり、直流の昇圧装置ができます。
 実際のバリコンの容量は、大きくてもせいぜい数百pF程度なので、かなり高インピーダンスであり、ダイオードや電圧計などの選定には少々注意が必要です。

 コンデンサの間隔をせばめるのではなく、広げたときに静電容量が小さくなりますが、電流の流れ方については、その通りです。
 Q=CV
の式からわかるように、Vが一定でCが変化すると、電気量Qが変化するので、電池からコンデンサに電流が流れたり、コンデンサから電池に流れたりします。
 逆に、Qが一定のとき、Cを変えるとVが変化します。

 ラジオに使われている可変容量コンデンサ(通称バリコン)というものは、軸を回すと静電容量が変化しますが、これを使って面白いことができます。
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Q高校物理コンデンサー

電池のした仕事の正体を教えてください


コンデンサーが一個のとき
コンデンサーにたまる静電エネルギーはQV/2で、電池のした仕事はQVとあるんです。
これは電池が電荷を運ぶのに使うエネルギーってことですか?
あと一つのコンデンサーに対してQVの仕事するんですか?つまりコンデンサーが三つだったら3QVになるってことですか?

それと電池とコンデンサー一つだけの回路のとき
電池の仕事=内部抵抗+コンデンサーの静電エネルギー
ってなりますよね?
内部抵抗って素材とかによって値が変化しませんか?
そしたら電池のした仕事は絶対QV
コンデンサーの静電エネルギーは絶対QV/2
と決められないんじゃないかと思いました。
混乱してます

どなたか教えてください

Aベストアンサー

電池がした仕事がQVという時には、電池は内部抵抗のない理想的な電圧源(電圧Vが一定)として扱っています。抵抗は電池とコンデンサの間に入っているとして扱っています。
同じ大きさのコンデンサを3個継ぎ、供給する電荷が3Qになれば3QVのエネルギを電池が供給することになります。

コンデンサと電池の間の抵抗が、どう変わっても、電池が一定の電圧を維持し、コンデンサの静電容量が一定で変化しない条件下で、十分(理想的には∞)な時間が経過すれば、電池の供給したエネルギーはQV,コンデンサの静電エネルギーはQV/2(ただし、Q=CV)になります。

Q電気量保存の法則ってなんですか?

私は高3で、今テスト週間です。
まだてつかづの物理の教科書(コンデンサーの分野)を読んでいると「電気量保存の法則」といきなりでてきたのですが、どんな法則なのかどこにも書いていなくてまったくわかりません、どなたかご存知の方、できるだけ詳しく説明をください!

Aベストアンサー

 
 
>> 今テスト週間です。 <<

 では、気分転換に。(ややこしい法律用語のような話なので覚える必要はありませんよ) 電気量も電荷(でんか)も物理用語でして、
【 電荷 】
 電気現象を起こす実体(じったい)に付けた名前です。正直まだその実体=正体は不明です。(*)
【 電気量 】
 物質の持つ電荷の量です。 正体不明だけど個数として数えられることを経験的に発見しました。しかし以前からのしがらみがあってクーロンという単位で数えています。



野球のイチローに例えると、
  電気現象 ⇔ イチロー人気現象
  電荷    ⇔ 鈴木イチロー
  電気量   ⇔ 野球センス(素質)
  質量    ⇔ 体重 kg
  大きさ   ⇔ 身長 cm
こんな感じです。


 人類は経験から「すべての電気量は『ある値』の整数倍になってるらしい」ことを知りました(**)。その電気量を 電気素量 と言い、記号でeと書きます。 電子の電気量が1eです。 日常では「電子の電荷は1.6×10-19乗クーロン‥」などと言いますが堅い文章を書くときは使い分けします。お使いの教科書もそのようですね。



(**)
本には「ミリカンの油滴(ゆてき)実験で決定された」とか書かれてましたが、残念ながらこの実験は、都合の悪いデータを捨てた「作品」の疑いの方が決定的で「人としてやってはいけない見本、でもやった者勝ちでノーベル賞」という暗黒面でも有名です。
http://web.kanazawa-u.ac.jp/~shiryo/butsuri/91.html
http://www68.pair.com/willisb/millikan/apparatus.JPG
↓こんなことをやらされたりします。
http://www2.denshi.numazu-ct.ac.jp/~kazuhiro/exp/4011/
↑の最後に「誤差の原因を検討せよ」とかありますね、結果、ここ(Q&Aサイト)が繁盛したりします w



 他にも多種多様な実験をやった結果;
電子は電気素量そのものを持ってるので「電流とは電子なのである」と思ってしまいそうだが、電子は消し去ることもできる。しかし電気量は「どんな実験をくわだててチャレンジしても 作ることも消すこともできなかった。ただ移動させて局所的に増減させることができるだけだった」ので、 理由は判らないのだが「あらゆる物質の 電気量の総和は 不変である」と決めつけてよさそうだ。← これが御質問への一応の答えです。経験則(けいけんそく)ですから例外が発見されて破れるかも知れないのです。
 で、それに前後して なぜ不変なのか理論的な理由付けが なされました(ゲージ理論といいます)。ただし 全てが解明されたのではなく 言わば「犯人の背後組織が解明され、犯人の行動は その組織の規則によるものだと判った。だがその組織を支配してる背後組織が存在してるのは明らかで‥」のような状態で現在進行形です。(永遠に続くのかも知れません。)
 イチローの例で言えば、素質 とは 遺伝子 が背後にあるのだ、と一歩進んだ?ような状況です。



 コンデンサに限らず、電気回路(含む電子回路)は全て 電気量保存の式を使って解きます。 電気には様々な式が「これでもか!」と登場しますが、その全ての根本は 電気量の保存法則 と エネルギ保存法則、この2つです。(高校では習わないかも知れませんがキルヒホフという物理学者が電気に特化して作った式を使います。)
 そしてお馴染みの「オームの法則」は、保存則ではなく「電気抵抗」を定義/導入するものです。理論の構築にはこれが突破口でした。


 コンデンサは電流は通らないと覚え込んでませんか。交流(常に変化してる)電流は実際に身の回りで通ってますよね。「電流とは電荷の流れである」とすれば前者は説明できても後者の説明に窮しますね。そこで「電流は電荷の流ればかりではない」と拡張されました。真空や絶縁物の中を堂々と通る電流です。(以下略)



(**)
 「電荷」は electric charge の直訳です。静電気を帯びるものをエレクトリカ(コハクのようなもの)、それが charge=込められてる、という意味です。静電気の電気ショックを想像して下さい、弾が込められてる銃と同様の意味合いです。 ところが charge の元の意味が「荷物を積む」なので そっち系で訳してしまったんでしょう。でも今は荷の方がよかったです。
 「電気量」は Quantity of electricity の直訳。electricity は electrica+ity
 
 

 
 
>> 今テスト週間です。 <<

 では、気分転換に。(ややこしい法律用語のような話なので覚える必要はありませんよ) 電気量も電荷(でんか)も物理用語でして、
【 電荷 】
 電気現象を起こす実体(じったい)に付けた名前です。正直まだその実体=正体は不明です。(*)
【 電気量 】
 物質の持つ電荷の量です。 正体不明だけど個数として数えられることを経験的に発見しました。しかし以前からのしがらみがあってクーロンという単位で数えています。



野球のイチローに例えると、
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Q水中でも大気圧は働きますか?

水中の物質に力の矢印を書くとき、大気圧は考慮しますか?物質のまわりに大気がないため、働かない気がしますが・・。

また大気すれすれ(水面)に物質の上面があるときは考慮するのですか?

Aベストアンサー

水中にある場合も、大気すれすれの場合も、当然、大気圧を考慮しなければなりません。

Q電位差がなければ電流は流れませんか?

基本的な質問ですみませんが、
電位差がなければ、電流は流れないのでしょうか?
電位差とはまた何のことでしょうか?

Aベストアンサー

tanceです。

一般的には電位差がないと電流は流れないというのは、それで良いと
思います。

後半のややこしい説明は喩えて言うと、「ハンドルを切らないと車は
曲がらない」ということに似ています。一般的にはこれは正しいの
ですが、そうではない状況はしょっちゅうあるのです。

正確に言うと、「ハンドルを切ってないのに、車の方向が変わる」
という現象があります。(ドリフトやスリップなど特殊な状態は
除きます)

電圧がハンドルの切り量に相当して、車の向きが電流に相当します。

まず、ハンドルを真っ直ぐにして、直進している状態から右にハンドル
を切ってください。車は右折しだします。交差点中程で、ハンドルを
戻しますが、ハンドルが戻ってまっすぐになったときに車は右折を
完了しています。つまり車の方向は90度右に向いています。(右折後
車は直進はしていますが、最初の方向とは違っています)

この様子を描いてみました。
少々解りにくいですが、この車とハンドルのような動きをする部品が
あります。(図の動作はインダクタという部品に相当します)
この部品に、変化する電圧を加えると電圧と流れる電流が同じ形に
ならないので、電圧が0の時にも電流が流れているという状態が出現
します。

これは決して特殊なことではなく、普通の回路のなかでは頻繁に
行われています。でも、インダクタの電流を意識するのは専門家だけ
ですから、一般的には「電位差のないところでは電流は流れない」と
思ってOKです。

tanceです。

一般的には電位差がないと電流は流れないというのは、それで良いと
思います。

後半のややこしい説明は喩えて言うと、「ハンドルを切らないと車は
曲がらない」ということに似ています。一般的にはこれは正しいの
ですが、そうではない状況はしょっちゅうあるのです。

正確に言うと、「ハンドルを切ってないのに、車の方向が変わる」
という現象があります。(ドリフトやスリップなど特殊な状態は
除きます)

電圧がハンドルの切り量に相当して、車の向きが電流に相当します。

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Q酸の強さと酸化力について

酸の強さと酸化力について
塩酸は強酸だが酸化力はないと書いてありました。
つまり、酸の強さと酸化力は関係がないということですよね。

「酸の強さ」とは何によって定まるのかと思い調べたら

「pKaの値が・・・」と出てきましたが、化学Iの理論化学と無機化学が終わった段階なので
これはたぶん習っていません。
何によって酸の強さは決まるのですか?
また、これを習っていない場合、酸の強さは覚えるしかないのでしょうか?
出てくる酸は「塩酸」「硫酸」「硝酸」くらいですが。


酸化力について
これも何によって定まるのかが分かりません。
覚えるものなんでしょうか?

最後に・・・
酸の強さと酸化力について、違いを教えてください。

Aベストアンサー

酸の強さは、水素イオンの濃度の濃さです。pHなどでこれをあらわします。

酸化力とは反応物を酸化させる(電子を奪う)力があるものを表します。
酸化力のある酸というのは、水素イオンと対になっている部分のイオンに酸化力があるものを示します。
たとえば、塩酸であれば塩化物イオンCl-がそれに該当しますが、これは酸化反応を起こしません。(反応時に反応物から電子を奪わない。)なので、塩酸は酸ではある(水に溶かすと水素イオンを出す)が、酸化力はありません。
しかし、硝酸や熱濃硫酸の場合は、硝酸イオンなどが反応物を酸化させる(反応物から電子を奪う)い、なおかつ水溶液中で水素イオンを出すので、酸化力がある酸という表現を使います。

Q化学です。

ヨウ素を含むヨウ化カリウム水溶液に二酸化硫黄を加えたらどうなりますか??
化学反応式も教えてください‼
至急お願いします!!!

Aベストアンサー

酸化還元反応ですね。
ヨウ素はハロゲンで酸化力が強い
ヨウ素について見ると
 (酸化剤)I₂ + 2e⁻ → 2I⁻  色が消える。 (1)
 (還元剤)2I⁻ → I₂ + 2e⁻
相手の二酸化硫黄は
 (酸化剤)SO₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → S + 2H₂O
 (還元剤)SO₂ + 2H₂O → SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻  (2)
が半反応式として考えられます。
 ここで、色が消えるという事は、I₂ → 2I⁻がおきていること
 ハロゲンの酸化力は大きいこと
 二酸化硫黄は酸化剤にも還元剤にもなりうること
 KIという強塩基+弱塩基の塩が共存すること
などから
 (1)と(2)がおきているということ

 I₂ +  2e⁻ → 2I⁻
+)SO₂ + 2H₂O → SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻
----------------------------------
 SO₂ + I₂ + 2H₂O → 4H⁺ + SO₄²⁻ + 2I⁻
or
 SO₂ + I₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HI

ヨウ素はそのままでは水に溶けませんが、KIが存在すると
 I⁻ + I₂ → I₃⁻ となって溶けます。そのため、やはり色は薄くなりますが、これはI₂の供給源となっているだけで、考慮しなくて良い。

酸化還元反応ですね。
ヨウ素はハロゲンで酸化力が強い
ヨウ素について見ると
 (酸化剤)I₂ + 2e⁻ → 2I⁻  色が消える。 (1)
 (還元剤)2I⁻ → I₂ + 2e⁻
相手の二酸化硫黄は
 (酸化剤)SO₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → S + 2H₂O
 (還元剤)SO₂ + 2H₂O → SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻  (2)
が半反応式として考えられます。
 ここで、色が消えるという事は、I₂ → 2I⁻がおきていること
 ハロゲンの酸化力は大きいこと
 二酸化硫黄は酸化剤にも還元剤にもなりうること
 KIという強塩基+弱塩基の塩が共存すること
などから
 (1)と(2)が...続きを読む

Q複数ある物体の力学的エネルギー保存則について。

複数ある物体の力学的エネルギー保存則について。

名門の森力学・波動より。
今質量M,長さLの木材を質量mの弾丸で打つ実験を行った。ただし、弾丸は水平線上に進み、木片から受ける抵抗力は常に一定であるとする。

I、今質量Mの物体をなめらかな床の上に置く。
(1)弾丸を速さVoで打つと、木片の入り込み、一体となって一定の速さで動いた。その速さを求めよ。
また、当てた弾丸が入り込んだ深さdを求めよ。

v=mVo/m+Mです。



次にdを求める答えは
1/2mVo^2=1/2(m+M)v^2+Fd
になって解いています。

今物体が二つあって、力を及ぼしながら運動するので単体でのエネルギー保存則は成り立たない。
物体2つで考える必要があるので、質量mをA,質量MをBとします。
仕事とエネルギーの関係より↓

(AとBの運動エネルギーの総和)+(AとBの位置エネルギーの総和)+(途中2つの物体にしたにした重力、弾性力以外がする仕事)=(後の2つの運動エネルギーの総和)+(後の位置エネルギーの総和)

(1/2mVo^2+0)+(0+0)+(-Fd+Fx)=1/2(m+M)v^2+(0+0)
だと思うんですが、なぜ答えが
1/2mVo^2=1/2(m+M)v^2+Fdになるのかわかりません。

この自分の式の(-Fd+Fx)というのは、(弾丸にする負の仕事+木材にした正の仕事Fx)です。
xは木材が仮に進んだ距離です。


自分の考え方、式、どこに間違いがあるのでしょうか?
詳しい解説お願いします。

複数ある物体の力学的エネルギー保存則について。

名門の森力学・波動より。
今質量M,長さLの木材を質量mの弾丸で打つ実験を行った。ただし、弾丸は水平線上に進み、木片から受ける抵抗力は常に一定であるとする。

I、今質量Mの物体をなめらかな床の上に置く。
(1)弾丸を速さVoで打つと、木片の入り込み、一体となって一定の速さで動いた。その速さを求めよ。
また、当てた弾丸が入り込んだ深さdを求めよ。

v=mVo/m+Mです。



次にdを求める答えは
1/2mVo^2=1/2(m+M)v^2+Fd
になって解いています。

今物体...続きを読む

Aベストアンサー

>相対的に滑った距離というのは、どういうことなのでしょうか?

この場合なら木片と一緒に移動しながら観察した場合に弾丸が移動した距離。
よくある問題では板の上で物体を滑らせますが、その場合は板と一緒に移動しながら観察したときの
物体の移動距離で、板の上を動いた距離。

Q高校化学 固体や水の濃度を一定と見なしてよい理由についての質問です!

化学平衡や溶解平衡の範囲で固体の濃度や水の濃度は一定と見なして平衡定数に含めることってよくありますよね?このように固体や水の濃度を一定と見なしてよい理由について自分は次のように考えたのですが、妥当か見て頂けませんか?
「濃度を表す記号[A]はAの個数をAが’存在する’空間の体積で割ったものであり、[X(固)]や[aq]は体積当たりの存在する個数が変わらないので、一定値であるとみなせる。」

ご回答宜しくお願いします!<(_ _)>

Aベストアンサー

どちらかというと高校化学の範囲内では、”化学平衡や溶解平衡の範囲で固体の濃度や水の濃度は一定と見なして平衡定数に含める”、
とシンプルに考えた方が良いと思います。

大学の化学系に進学すると基礎過程で習うのですが、平衡は”濃度”や”圧力”ではなく”活量”や”フガシティー”という熱力学的なパラメータで定義・議論しないといけないものなのです。
貴方の考察について、高校で議論する平衡では、”希釈溶液が多い”ことがあるのでそうなりますね。
ですが、そうではない部分の補正があって、その部分が大学で習う分野になります。

あと、濃度などの表記で、[H+]、[A-]、[HA]、[BOH]、[B+]、[HX]、[X-] 等が出てくるのですが、
A,Bは、C,D,E,F,…と続く場合もありますが、A-、HA、B+、BOHとなった場合、A=acid(酸)、B=base(塩基)、
Xはハロゲン元素を意味することが多く、記述に注意が必要なことがあります。


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