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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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