【至急お願いします！】コンデンサーの電気容量について教えてください

物理のエッセンス（電磁気）85番の問題です。
起電力Eの電池と容量Cのコンデンサー、インダクタンスLのコイルを用いた図のような回路がある。スイッチSは閉じられている。コンデンサーの電気容量はいくらか。

という問題ですが、答えは
コイルは導線状態だから、コンデンサーの極版AとBは電位が等しい。電圧が0だから電気量も0
というものです。

時間的な経過でどうなっていくのか、詳しく教えていただけないでしょうか。スイッチSを閉じた直後はコイルに電流は流れず、コンデンサーが充電され始めると思います。それが、だんだんコイルに電流が流れてくると、コンデンサーに（満タンじゃなくても）たまっていたいくらかの電荷は、全部コイルの方に流れていってしまうんですか？

No.6 ベストアンサー 回答者： jyuguritto 回答日時： 2018/01/24 22:53

過渡現象の問題で簡単な説明では理解できないでしょうが、参考にしてください。

この回答へのお礼

こんにちは。図入りのご回答ありがとうございました。コンデンサーとコイルが別々になった図は、理解できました。今の問題では、最初はCR回路で最後はRL回路の影響が大きくなるということがわかったので、とりあえず満足します。みなさまいろいろありがとうございました！

お礼日時：2018/01/25 10:43

No.5 回答者： kannnami 回答日時： 2018/01/24 21:50

L、C、Rから成る、典型的な、最も簡単と言える電気回路です。

このように、スイッチSを閉ざしたときにあと電流などが時間的にどのようになってゆくか、という問題を「過渡応答」といって、電気工学的には重要な分野の一つです。
残念なことに、この回路を正確に解くためには、多少の微分を含む計算をしなければなりません。初歩の計算ですから、大学にはいれば、その教科で教えてもらえるでしょう。高校では、お話で我慢しなければなりますまい。でも、こうなっているんだ、ということで満足できない性格というのは、理科系に進もうとしているのでしたら特に、よい性格です。本当は、高校でもすべての生徒さんに、それで済ましてほしくはありません。それで済ましている、今の教育の在り方がよくないのです。
ともかく、お話をすると、Sを閉じると電流が、CとLを通る二つの回路に流れ始めます。でもその時間的な変化の在り方は、それぞれ違います。Cの方へは最初から大きな電流が流れ始めますが、Lへは電流は初めはゼロからです。そこで、CとLにはエネルギーの溜まり方が違ってきます。そこで、今度はCとLとの間で、電流のやり取りが起こります。このような事情のために、高校の数学では扱えないようなことになります。
でも、結局は電流は電池から供給されているのですから、抵抗Rを通っている分はそこで消費されて、エネルギーを熱として発散し、だんだん減ってきます。この減り方は指数曲線的になり、十分時間が経った後には、ただRとLを通る分だけになります。Lは抵抗を持っていないという建前ですから、ここでの電圧降下はゼロで、つまりCの両端にかかる電圧もゼロ、ということになります。
これで、なんとなくですが分かったでしょうか。興味があるのなら、ぜひ先へ進んで、正確にはどうなるかを勉強してください。
高校で、数学や物理を、記憶の学問として扱っているのは、かえすがえすも残念なことです。将来の日本の科学のレベルが教育にかかっているというのに。

この回答へのお礼

こんにちは。詳細なご回答ありがとうございました。途中でCからLに電流が流れる理由がすっきりしなかったんですが、CとＬの間で電流のやり取りが起こるのはCとLでエネルギーのたまり方が違うためということなんですね。電池がまだつながっていても電気振動のようなことが起こるんですね。まだ勉強しないといけないことはたくさんありますが、頑張ります。。

お礼日時：2018/01/25 10:38

No.4 回答者： コルナゴ 回答日時： 2018/01/24 21:20

これです

この回答へのお礼

何度もご登場ありがとうございます。積分はあまり得意ではありませんが、積分を使えばちゃんと公式が出てくるんですね。今は丸暗記でがまんします。2次試験頑張って下さいねー！

お礼日時：2018/01/25 10:27

No.3 回答者： コルナゴ 回答日時： 2018/01/24 21:19

確かに大学行ったら深く理解できると思いますよ。

(→をなんでの意味とすると)
コイルの電流の通りにくさ→自己誘導→誘導起電力→ファラデーの電磁誘導の法則→磁束の変化→磁場・磁界
磁場の公式の証明は大学の微積の嵐ですw 下図は証明のごく一部です。それにV=RIの導出も結構大変ですw
一応V=RIの証明問題も大学入試で出されますが(サービス問題)なかなか穴が多いですね。
要するに高校生では物理の基本中の基本すら導出できないので深く理解するのは難関だと思います。じゃぁどうするのかって言われたら、とりあえず受け入れることだということですよ！
頑張ってください

No.2 回答者： コルナゴ 回答日時： 2018/01/24 07:47

多分高2ですかね？自分は今高3で大学受験を控えているのですが物理の電磁気を学ぶ上で、「なんで」って言う疑問を持つと理解できません！まずは「へぇーそうなんだ。

」って流すだけで十分です。この後の交流とかもっと意味不明なので。この方法でセンター物理100点取れました^_^

話を戻して、充電されたコンデンサーをそれと抵抗のみの回路に放置すると、放電しますよね！それと同じです！

重要なのは時間が経つとAB間が電位差0(Q=0)になることですからね！

この回答へのお礼

こんにちは。センター満点って、すごいですね！「へぇー」で流せない性格なんで、なかなか進まないんです。確かに、放電してると考えれば納得できるような、できないような。。。とにかく「こんなもんだ」で進みます。ありがとうございました。二次試験、頑張ってください！

お礼日時：2018/01/24 10:14

No.1 回答者： コルナゴ 回答日時： 2018/01/24 01:27

最初はコンデンサーに電荷が少し溜まりますが、時間が十分経つとコイルは「導線」と同等(電位差0)になり、コンデンサーの電荷は「回路」に逃げてします！

これでいいですか？

この回答へのお礼

ご解答どうもありがとうございます。
電池Eと極板Aに電位差がある限り、充電は続くんじゃないかと思ったんですが、なぜそうならないんでしょうか。コンデンサーの充電が終わったらEとAの電位差がなくなるので、コイルの方に電流がじゃんじゃん流れるというならわかるんですが。極板間の静電気力を振り切ってまでして電荷が逃げてしまうっていうのが、あまり理解できないです。
大学に行って複雑な計算をすれば、この辺は理解できるんでしょうか。

お礼日時：2018/01/24 07:16