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高校物理のコンデンサーについての質問です。

写真のようにコンデンサーを接続した時、なぜコンデンサーの外側(図の赤線部分)には電荷が溜まらないのでしょうか?

「高校物理のコンデンサーについての質問です」の質問画像

質問者からの補足コメント

  • 回答ありがとうございます。
    追加の質問なんですが、yhr2さんの考え方で
    「コンデンサー中に+Qに帯電した金属板を入れるとき、極板の両端に+Q/2ずつ電荷が溜まる」ことは説明できますか?

      補足日時:2018/08/02 21:14
  • 説明が不足してて申し訳ないです。
    写真のようになるときです。

    「高校物理のコンデンサーについての質問です」の補足画像2
      補足日時:2018/08/02 22:57
  • 先程の説明すごく納得しました!
    ただ、少し引っかかった部分があったので、最後に一つ質問させて下さい…

    >導体の一番反対側の端に移動してそこにたまります。左端の「+Q/2」は、導線を伝わってず~っと左へ、右端の「+Q/2」は、導線を伝わってず~っと右へ。そこが電池であれば電池に、接地されていれば接地に流れ出ます。
    コンデンサーの電極の「裏側」に帯電することはありません。

    ここの部分で、「接地されているとき地面に流れる」ところは納得したんですが、「電池があれば、電池に流れる」のところが引っかかりました。

    電池は電荷を溜めておくことはできないし、コンデンサーの外側にも溜まっていないとしたら、この増えた分の+Qはどこにいるのですか?

    夜遅くまで申し訳ないです。

      補足日時:2018/08/02 23:59

A 回答 (5件)

No.1&2です。

「補足」の図を見ました。

挿入した電極がもともとのコンデンサーの「中央位置」ということですね?

左端の「+Q/2」、右端の「+Q/2」はそこにはありません。
導体の一番反対側の端に移動してそこにたまります。左端の「+Q/2」は、導線を伝わってず~っと左へ、右端の「+Q/2」は、導線を伝わってず~っと右へ。そこが電池であれば電池に、接地されていれば接地に流れ出ます。
コンデンサーの電極の「裏側」に帯電することはありません。

ついでに言えば、挿入した電極にはトータルで「+Q」の電荷しかないので、左側表面に「+Q/2」、右側表面に「+Q/2」に分かれて帯電します。もし挿入した電極が「中央」ではなく左右のどちらかに寄っていれば、その静電容量に応じた比率に分かれて帯電します。
向き合った電極には、「正負」が逆の同じ電荷量が帯電します。
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>なぜコンデンサーの外側(図の赤線部分)には電荷が溜まらないのでしょうか



電荷とは電気力線の両端ですから、電場のないところには有りません。

図のくらい電極が離れてしまえば、電場はコンデンサの外側にも充分回り込むので
外側にも電荷は一杯います。
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この回答へのお礼

回答していただきありがとうございました!

お礼日時:2018/08/03 01:28

No.3です。

「補足」に書かれたことについて。

>ここの部分で、「接地されているとき地面に流れる」ところは納得したんですが、「電池があれば、電池に流れる」のところが引っかかりました。

>電池は電荷を溜めておくことはできないし、コンデンサーの外側にも溜まっていないとしたら、この増えた分の+Qはどこにいるのですか?

質問の場合には、「最初はコンデンサーの電荷はゼロ」だったので、「接地」と考えればよいのでしょうね。

もし「電池」が接続されていて「最初からコンデンサーは充電されていた」そして「電荷が供給可能」であれば、コンデンサーの電極と、中に挿入した金属板の間の電荷の分布は著と複雑になります。
つまり、左が +Q1 、右が -Q1 だったとすると、+Q を充電した金属板を挿入することにより、左から
 +Q/2  -Q/2 +(3/2)Q  -(3/2)Q
のように荷電するようになります。コンデンサーの極板の電荷の過不足は、電池から供給されます(余分であれば電池に戻る)。

電池は、理想的には「電圧源」ということで、それに従ってコンデンサーを充電もできるし、もしコンデンサーの容量が小さくなって電荷が余ればその電荷は「放電」して逆方向に電流が流れます。
電池が「電荷を供給する」とか「電荷をためておく」という見方ではなく、その電圧に応じて電荷が移動する、という見方をすればよいのです。
例えば、+1.5V の電池に、逆向きに +3V の電池(電圧の方向を符号で示せば -3V)をつなげば、全体では「-1.5 V」の電池として働き、「+1.5V の電池」には自分の電圧とは逆方向の電流が流れることになります。
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この回答へのお礼

長らくお付き合いいただきありがとうございました!
おかげで理解がすすみました。

お礼日時:2018/08/03 01:23

No.1です。

「補足」に書かれたことについて。

>「コンデンサー中に+Qに帯電した金属板を入れるとき、極板の両端に+Q/2ずつ電荷が溜まる」ことは説明できますか?

状況がよく分かりませんが、ひょっとして

・電荷を充電していないコンデンサー(電圧がかかっていない)に対して
・極板の間に「+Q」に荷電した金属板を挿入すると
・電荷のなかったコンデンサーの極板に「-Q/2」ずつ、挿入した金属板の両側に「+Q/2」ずつ帯電する

ということですか?

その場合には、挿入した金属板の「正電荷」が作る電場に、コンデンサーの電極に「負電荷」が引き寄せられることにより起こります。

もし、条件が違うなら明記してください。
(もともとのコンデンサーに電荷がある場合など)
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導体は電場が存在する「へり、端っこ」にしか帯電しません。


導線の途中の表面に帯電しないのもそのためです。

導体は電荷が移動可能ですから、内部に電場があれば電荷が移動します。従って、導体内部には電場が存在せず、導体内部は「同電位」になります。

コンデンサーの向かい合った電極間に電圧をかければ、「電位差」ができて「電場」が生じます。しかし、電荷は「電場」に沿って先に行きたいのだがが移動できないということになり、そこに帯電します。つまり「へり、端っこ」(コンデンサーの電極でいえば内側)に帯電することになります。

自分が電荷(電子なり、正孔なり)になったつもりで、導体の中を移動してみてください。赤いところに留まりますか?
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> この球状コンデンサの状況と、回答者様の想定されている状況の違いが理解できずにおります。
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すいません、少し言葉が足りなかったみたいです。
「球全体に均等に電場をかけることができない」と書いたのは、球の表面及び内部にある総電荷がゼロの場合のことです(重要な条件なのに、これを書き忘れていました)。
お示しいただいたURLの球殻はどちらも帯電していますので、均等に電場がかかりえます。

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でした。全体的に問題的には難しく感じました。しかし成果が出たのかどうかはわかりませんが数学②は大の苦手科目でしたが普段より取れました。倫政に関しては本当に自分の責任です。去年の教訓があるのにも関わらず今まで二次試験の勉強に精を尽くしてきたおかげでこんなんです。本当にバカですか今毎日参考書を音読してます。
とこんな感じでした。
私は金沢大学の保健の放射線を目指しています。こんな成績ではやはり厳しいでしょうか...記述模試の判定では二次重視で今までやってたのもあり一応A判定です。
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