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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?

「【至急お願いします!】コンデンサーの電気」の質問画像

A 回答 (6件)

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。

「【至急お願いします!】コンデンサーの電気」の回答画像6
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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

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。
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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

これです

「【至急お願いします!】コンデンサーの電気」の回答画像4
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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

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
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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!
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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

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?
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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

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Qコイル+コンデンサー+電池で時間が経ったら

物理のエッセンス電磁気の85番の問題ですが、図のような回路でスイッチを閉じて時間が経ったあとのコンデンサーの電気量は、0だと解答に書いてありました。スイッチを入れてから0になるまでの様子を確認したいのですが、

1.スイッチを入れる
2.電流が流れ始める
3.コンデンサーに電荷がたまり始める、コイルに逆起電力が働く
4.コンデンサーに電荷がたまり続ける、コイルの逆起電力がだんだん弱くなる
5.コイルの逆起電力がなくなり、コイルに電流がすいすい通る
6.コイルはただの導線と同じになるからコンデンサーにたまっていた電荷も流れ出す
7.そのうちコンデンサーにたまっていた電荷が全部流れて電荷が0になる

間違いや補足があったら、お願いします。ちなみに、6では電池とコンデンサーの両方から電荷が流れますが、電池からのみ流れていた時と比べて電流は大きくなりますか?私は変わらないと思いますが、合っていますか?

Aベストアンサー

回答NO.1です。お礼ありがとうございました。その中の以下のコメントについてお答えします。

>I(L1)が完全に10Aになってから下がり出すのかと思っていました。10Aの1/4くらいからコンデンサーから電荷が流出し始めていますね。これはなぜでしょうか。

回答>
 約0.27msの時点まではコンデンサへの充電が支配的なのでスイッチが入った瞬間に最大の電流がコンデンサから抵抗へと流れ、充電電流は徐々に下がってゆきコンデンサへの充電が終了した時点でバッテリーの電流は最小になります。この時点ではまだインダクタンスに流れる電流は小さい。インダクタに流れる電流は徐々に増加して行くがそれにつれて端子A-B間の電圧も減少してゆくので容量Cにたまった電荷はインダクタに向かって放電し始めるので電流の方向はそれまでと逆の方向即ち、B→Aとなります。
 ここで、端子A-B間の電圧を V(A,B) インダクタに流れる電流を I(L1) とすると V(A,B)は

  V(A,B) = − L dI(L1)/dt

で決定されますので、単位時間当たりのインダクタ電流は少しずつ小さくなってます(インダクタ電流の増加率が少しずつ減少している)のでV(A,B)も上記の式に従って減少してゆきます。そのV(A,B)の減少がコンデンサの放電を引き起こしています。

回答NO.1です。お礼ありがとうございました。その中の以下のコメントについてお答えします。

>I(L1)が完全に10Aになってから下がり出すのかと思っていました。10Aの1/4くらいからコンデンサーから電荷が流出し始めていますね。これはなぜでしょうか。

回答>
 約0.27msの時点まではコンデンサへの充電が支配的なのでスイッチが入った瞬間に最大の電流がコンデンサから抵抗へと流れ、充電電流は徐々に下がってゆきコンデンサへの充電が終了した時点でバッテリーの電流は最小になります。この時点ではまだインダ...続きを読む

Q物理 コンデンサについて

河合出版 物理のエッセンス 電磁気、熱、原子のP29 EX3の問題について
説明をみると、「見かけ上直列回路だが、実は並列回路である(直列の条件が満たされていない)」
とあり

その図がかいてありますが、なぜそうなるのかが分かりません。

その前のページには、「(はじめコンデンサの電荷なし)こそが直列回路の条件」とあり
この問題ではたしかに先に片方だけコンデンサを充電しているので
その条件には当てはまりません。
なので、直列回路ではないと言われたら、それはわかるのですが
ここで、なぜこれが並列回路になるのかが分かりません。


このエッセンスの問題以外でも、「先に充電したコンデンサと充電していないコンデンサを見かけ上直列につないだ問題」では
説明を見てもよくわかりません。
説明お願いします。

Aベストアンサー

充電されてないコンデンサC1と、充電されたコンデンサC2を、直列に繋ぐ場合の説明という事でしょうか。
   C1     C2
――∥―――∥――
         + -

仮にC2の+側にC1を接続したとすると、C1のC2側はC2の+側と同電位となり、+となります。
   C1     C2
――∥―――∥――
    +   + -

次に、飽和してないコンデンサは、導体であるとみなせる為、電位の変化から電流が流れます。
それによりC1も充電され、
   C1     C2
――∥―――∥――
  - +   + -
となる為、並列回路であるとみなせます。

分かり易く+を同電位にしましたが、-側で接続しても同じになります。

Q物理のエッセンス電磁気 53ページのEX3なんですが、コンデンサーのプラスマイナスがわかりません。

物理のエッセンス電磁気 53ページのEX3なんですが、コンデンサーのプラスマイナスがわかりません。 解説してほしいです。

Aベストアンサー

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Qコンデンサーとコイルの並列回路

はじめまして。コンデンサーとコイルの並列回路に直流電流を流して十分な時間が経過した場合に関して質問です。

問題集では、
(1)「コイルに流れる電流は一定値になるので、コイルに発生する起電力は0となる」
   ↓
(2)「よってそれと並列につながるコンデンサーに生じる電位差も0となっている」
   ↓
(3)「結局コイルにのみに電流が流れる」という説明になっています。

ここで(3)のコイルにのみ電流が流れ、なぜコンデンサーには流れないのかがわかりません。
コンデンサーにかかる電圧が0の場合は電荷がたまっていないということなので、導線とみなしてよいといった記述が同じ問題集の他の部分にあった為、
てっきり電流が流れるものかと思っていたのですが・・。

初歩的な質問で申し訳ありませんが、解決できず困っております。
どうか宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

 (1)~(3)の論理は、専門家向けではなく、素人向けにの説明になっています。

 (1)で「コイル(L)に流れる電流は一定値になるので」と書いていますが、実はここがクセモノです。「直流電流を流して十分な時間が経過した場合」という前提がついていますが、いちばん最初に直流電流を流し始めたとき(たとえば電源を入れたとき)は直流ではない(過渡現象が起きる)ので、コンデンサー(C)とコイルの並列回路に電流が流れ、LとCの時定数で決まる「一定の周波数(共振周波数)の振動」を起こします。LとCが理想的な特性をもっていれば、この振動は永久に続きますので、それから言うと「コイルに流れる電流は一定値になる」とは言えません。
 ですが、現実には理想特性のLもCも存在しませんので、この振動はやがて減衰して無くなり、直流成分だけが残ります(それが結果としてはLに流れます)。

 そういう「曰(いわ)くつき」の説明は別にして、「コイルに流れる電流が一定値になれば」コイルは理想的には抵抗がゼロだという想定になりますので、抵抗がゼロのところに幾ら電流が流れてもそこには電圧は発生せず、コイル両端の電圧はゼロになります。
 コイル両端の電圧がゼロなら、コンデンサの両端の電圧もゼロです。電圧がゼロのところには、コンデンサを含めてどんな受動素子をつないでも、そこには電流が流れません。
 結局、直流電流が流れるのは、コイルのみになる、という説明ですね。素人向けとはいえ、あまり上手な説明ではないように思います。コンデンサの内部抵抗(直流内部抵抗)は理想的には無限大であるから、直流電圧を印加しても直流電流は流れないと説明したほうが分かりやすいのではないでしょうかね。


コイルに発生する起電力は0となる」

 (1)~(3)の論理は、専門家向けではなく、素人向けにの説明になっています。

 (1)で「コイル(L)に流れる電流は一定値になるので」と書いていますが、実はここがクセモノです。「直流電流を流して十分な時間が経過した場合」という前提がついていますが、いちばん最初に直流電流を流し始めたとき(たとえば電源を入れたとき)は直流ではない(過渡現象が起きる)ので、コンデンサー(C)とコイルの並列回路に電流が流れ、LとCの時定数で決まる「一定の周波数(共振周波数)の振動」を起こします。LとC...続きを読む


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