高校物理、コンデンサーについて質問です 片方の極板に+Q[C]の電気量が帯電している時、もう片方の極

高校物理、コンデンサーについて質問です
片方の極板に+Q[C]の電気量が帯電している時、もう片方の極板には- Q[C]帯電していると言えますか？
また言えるとしたらそれはなぜですか？

No.2 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2018/02/26 09:24

＞片方の極板に+Q[C]の電気量が帯電している時、もう片方の極板には- Q[C]帯電していると言えますか？

高校物理の範囲内では、そう考えてよいと思います。

＞また言えるとしたらそれはなぜですか？

平行で、両極板の面積が同じで、端部効果を無視すれば、コンデンサー内の電場は「一様で等しい」ものになります。そうすれば、両極板にはその電場に見合った電荷が「引き寄せられ」、極板の向かい合った表面に集まって一様に分布します。（もし「導通」していれば電流として電荷は移動しますが、極板間は絶縁されているので極板の表面にたまって「流れ得る」状態ではあるがそこに留まっている）
極板は導体なので、もし「一様に分布」していなければ、極板内に「電場」（電位の勾配）が存在することになり、「一様」になるように電荷が移動します。
また、もし「極板表面」の電荷が「極板間の電場」を打ち消す量でない場合には、「極板表面」の後ろ側に残る電場によって電荷が移動し、「極板表面」の後ろ側の電場がゼロになるところまで帯電して止まります。
両極板に「同じ電場を打ち消す大きさの電荷面密度」で「一様に分布し、同じ面積」であれば、トータルの電荷量は同じになります。

別の考え方をすれば、一方の極板の電荷には
　Fa = Qa*E
のクーロン力が働き、他方の極板の電荷には
　Fb = -Qb*E
のクーロン力が働きます。
もし、これらがつり合わなければ、導体内の電荷（電子）は自由に移動できるので、力の小さい方には電池から電荷がさらに供給され、これらの力が極板を隔ててつり合うようになります。
その結果
　Fa = Fb
となって
　Qa*E = -Qb*E
より
　Qa = -Qb
となります。

高校物理では、静電容量 C のコンデンサーに V の直流電圧をかけると、十分な時間が経って平衡状態に達したら、
　・正極に +Q=C*V
　・負極に -Q=-C*V
の電荷（逆符号で、同じ絶対量の電荷）が「対」で充電するものとして扱います。

この回答へのお礼

非常に詳しい説明ありがとうございます。
Fa= Fbの説明がとても分かりやすかったです。助かりました。ありがとうございました。

お礼日時：2018/02/27 21:45

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2018/02/26 15:22

電荷のバランスが崩れるというのは、大変なことなんです。

例えば 半径1cmの金属球に僅か1μCの電荷を押し込めると、
表面の電位は90万Vにもなります。

超高圧を扱える設備がないとこんな状態は作れません。
まして、弱電の実験程度の電圧では、電極の帯電は相殺する
と考えて問題ありません。

この回答へのお礼

なるほど…
そこまでバランスが崩れにくいのですか…
ありがとうございました。助かりました。

お礼日時：2018/02/27 21:50

No.3 回答者： konjii 回答日時： 2018/02/26 12:01

物質は基本電気的に中性だからです。

地球も月も電気的に中性です

この回答へのお礼

中性だから偏りが起きないよう電子が移動する、ということですかね？
回答ありがとうございました。

お礼日時：2018/02/27 21:47

No.1 回答者： Arima01 回答日時： 2018/02/25 20:36

条件によって異なります。

が、大概は-Q[C]帯電していると言っていいでしょう。

+Q[C]帯電している極板をA
-Q[C]帯電している極板をB と呼ぶことにします。

Bが真空中ないし空気中に浮遊しているとすると電子を供給するものが無いため、Bは帯電しません。
回路やアースされている場合は、電子の供給によって-Q[C]溜まります。

これにも例外はあり、例えばもう一つの極板Cを仮定します。
このとき、極板の面積の関係は(式:1)の通りとします。
(式:1) A=2B=2C

そこで、BとCを隣に固定し、Aと向かい合わせます。
もちろんBには-Q/2[C]たまります。
Cと分散したからです。

金属には『電場を浴びると金属内部の電場が0になるように電子が移動する』という性質があります。
たとえ薄いBであっても、Aによって+Q[C]分の電場を浴びるとBのA側の面には必ず-Q[C]現れます。
金属内部の電荷は保存されますから、BのA側の裏面には+Q[C]現れるか、回路もしくはアースによって放出*されます。(*回路中の極板、アースされている極板の電荷は保存されない)
Bの裏表で-Q[C]、+Q[C]溜まっている状態を『帯電している』とは言わないので、この場合は帯電していません。

先ほど述べた例外でBに-Q[C]が溜まらないのはBが+Q[C]分の電場を浴びていないからです。

Bにどれだけの電荷が溜まるのかは、どれだけの電場を浴びているか、回路はどのようかを吟味した上で判断しましょう。

この回答へのお礼

非常に詳しい説明ありがとうございます。
「電場を浴びると金属内部の電場が0になるように電子が移動する」から電荷が現れるのですね。
よく分かりました。ありがとうございました。

お礼日時：2018/02/27 21:44