高校物理 コンデンサーについてです。 全体が正に帯電しているコンデンサーを電池と繋ぐと、回路が接地さ

高校物理 コンデンサーについてです。

全体が正に帯電しているコンデンサーを電池と繋ぐと、回路が接地されていないと仮定すれば写真のようになると思うのですが合っていますか？

電荷保存よりこのようになると思うのですが、コンデンサーの外側に電荷があるので気持ち悪さが拭えません…

質問者からの補足コメント

• 上の図はコンデンサーの間に+2Qに帯電した金属板を挿入したときのコンデンサーの電荷分布の図です。
  (導線には繋がれていません)
  
  写真の赤い部分は孤立しているので、この内側の電荷は+2Qに保存されるのではないですか？

  
    補足日時：2018/08/03 15:46

• 初期条件は「何も電荷が溜まってない」状態で、そこに正に帯電した金属板を挿入して、コンデンサーの外側に電荷を溜めているのが最初の図です。
  
  そこで、次にそのコンデンサーを電池と繋いでいます。
  
  >補足の図のように「赤い線」で分断されることはありません。
  
  図のようにコンデンサーが繋がれているとき、赤い部分は電荷が保存しますよね？
  
  これと同じ理屈で先程の図の赤い部分は電荷が保存すると思ったのですが…

  
    補足日時：2018/08/03 16:24

• yhr2さん、昨日から引き続きすみません…
  
  添付していただいたイラストの真ん中→右の変化(回路に繋ぐ前→後)が分かりません。
  
  昨日から同じところに引っかかっているのですが、電池に繋ぐとコンデンサーの外側の電荷は0になり、元いた電荷はどこに移動したのかがわかりません。
  両端の極板の内側に移動したのでしょうか？

    補足日時：2018/08/03 20:20

• 自分なりに理解したつもりなので、確認させて下さい。
  
  ・写真の「赤い矢印」のところは等電位なので、ここには電荷は存在せず、「赤い斜線部」にだけ電荷が存在する。
  
  ・電池は電荷を吸収し溜め込んだり、電荷を放出し供給したりすることができる。

  
    補足日時：2018/08/03 22:55

No.6 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2018/08/03 23:20

No.5です。

「補足」に書かれたことについて。

＞自分なりに理解したつもりなので、確認させて下さい。

はい。

＞・写真の「赤い矢印」のところは等電位なので、ここには電荷は存在せず、「赤い斜線部」にだけ電荷が存在する。

まあ、そういうことです。それに加えて、空間（極板と導体板の間）には「電場」ができます。左の極板と金属板との間、金属板と右の極板との間の「電位差」によって空間に作られるものです。
その「電場」に電荷が引き寄せられてそこに存在する、と考えるのです。

＞・電池は電荷を吸収し溜め込んだり、電荷を放出し供給したりすることができる。

はい。そしてNo.5に書いたように電池は「電圧源」なので、電池の中に「電位差」が存在します。

この電池の正極から始まり、電池の負極に至る「ぐるりと一周」する「電位」のループが存在するのです。
高い方から
・電池の正極→（同一電位）→コンデンサーの左の電極　→（右向きの電場）→金属板→（右向きの電場）→コンデンサーの右の電極→（同一電位）→電池の負極（一巡で、電位が -V になる）
ということです。一巡すると、再び電池の中で「+V」で電位が高くなります。

この電位、電場を考えることで、電荷の所在地や量を求めることができるのです。

この回答へのお礼

昨日からお世話になりました。
自分がどれだけ電気の分野を理解していなかったのか思い知らされました。
本当にありがとうございました！

お礼日時：2018/08/03 23:32

No.5 回答者： yhr2 回答日時： 2018/08/03 20:55

No.3です。

「補足」に書かれたことについて。

＞昨日から同じところに引っかかっているのですが、電池に繋ぐとコンデンサーの外側の電荷は0になり、元いた電荷はどこに移動したのかがわかりません。
＞両端の極板の内側に移動したのでしょうか？

昨日の回答にも書きましたが、電池は「電圧源」として「電圧」を供給するもので、それに従って電荷が自由に動きます。

図をよく見てもらえばわかりますが、下記のようなことです。自分でもイメージを働かせて考えてみてください。

・真ん中の図の「青」の極板には、右面・左面に符号が逆で同じ量の電荷が帯電するだけで、合計は「ゼロ」です。どこからも電荷の供給はないし、出て行くものもないからです。

・右の図の、左の緑の極板の内側（右面）には「+Q1 - Q/2」の電荷が帯電しますが、Q1 は電池の電圧V とコンデンサーの静電容量C から決まり　Q1 = C × V です。Q は最初に挿入した金属板の電荷であり、「+Q1 - Q/2」が「正」なのか「負」なのかはそれらの条件で決まります。この電荷自体が、「正」なら電池から供給されるし、「負」なら電池に戻されることになります。「電荷」とは、その実体は導体の中の「自由電子」ですから、電圧に従ってどちらにも動きます。

＞両端の極板の内側に移動したのでしょうか？

に対しては、最終的な電荷のバランスで「不足」になったものは「電池から供給される」、あるいは「余剰」になったものは「電池の中に吸収される」というのが一番わかりやすいかな。「電池」が最終的な電荷のバランスをとる役目をしているので。

・右の図では、電池の左側（正極）から、コンデンサーの左側電極の内側まで、電位は等しいので（負極を基準にすれば +V）、その間に電荷が留まる（たまる）ことはない。電池の右側（負極）から、コンデンサーの右側電極の内側までも同じ。
　電荷が存在するのは、コンデンサー電極の内側と、間に挿入した金属板だけ。帯電する場所とそこにたまる電荷の量は、「合計値」と「バランス」からきちんと一意に決まります。
（注）図では、簡単のため間に挿入した金属板を中心に、左右が「対称」になるものとしています。偏っている場合には、その静電容量の偏りに従った電荷の分布になります。

No.4 回答者： fxq11011 回答日時： 2018/08/03 18:56

全体が正に帯電。

ーｑも＋ｑもあり得ません。
全体が帯電、これのイメージができていません
地球は相当な速度で公転しています、地球全体が・・・ですね、で地球上ではこの公転の速度は無関係ですね。
全体が＋に帯電なら＋ｑ、－ｑは無関係です、コンデンサーはｑで充電されている・・・です。
全体が正に帯電、通常はこんなとき地球が負になります、そのコンデンサー地球から離れるに連れて正の電圧が上昇します。
電極に電池をつなぐ・・・・別次元の電気回路の話、地球の公転速度とは無関係に車は車の速度で走るのと同じです。

この回答へのお礼

ありがとうございました！

お礼日時：2018/08/03 23:38

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2018/08/03 18:16

No.1&2です。

前の質問への回答で、少しは理解してくれたのかなあ、と思っていましたが、ダメだったみたいですね。

今回の3つのステップと、それぞれでの電荷の分布を図にしてみました。色のついたところに、それぞれ書かれた電荷が帯電します。
よ～く眺めてみて、疑問点があったら「補足」にでも書いてください。

「赤」で書いた部分の電荷は、外に逃げようがないので一定値を維持していますよ。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2018/08/03 16:08

No.1です。

「補足」を見ましたが、意味不明です。

＞上の図はコンデンサーの間に+2Qに帯電した金属板を挿入したときのコンデンサーの電荷分布の図です。

どこでそんなものを挿入したのですか？
どのような初期条件から、何を、どのように変化させたのか、きちんと順を追って記載し、その上で何を求めるのかを明確にしてください。

少なくとも「コンデンサー」とは2つの電位を持たせた極板の「対」ですから、補足の図のように「赤い線」で分断されることはあり得ません。
「直流」電流は流れませんが、「交流」電流なら通過しますよ。

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2018/08/03 15:37

上の図は何を表わしているのですか？

２つの「+Q」と「+q」「-ｑ」とは何？

＞電荷保存よりこのようになると思うのですが、

電池をつないだ時点で電荷が移動するので、「電荷保存」なんてあり得ません。