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【電気】
電気回路の問題で、電荷を蓄えているコンデンサーに抵抗をつけるとすると、この回路の状態はどのように変化していくのでしょうか?最終的には電流が流れなくなるというのはわかるのですが、最初に電流が流れていたとしたらそれはどこへ行ったのでしょうか?また、最初の電荷はどこへ行ってしまっまたのでしょうか

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A 回答 (5件)

コンデンサーに蓄えていた電気量は放出され次第に低下する、ここが分からなくて質問してます(;A;)それ以外はすごい分かりやすく説明してくれてるんですけど


>>>#2に説明した通りですが
(貴方の知りたい答えはこの回答の後半部分が中心なのかな)

充電コンデンサにRをつなぐと マイナス極板に過剰となっていた自由電子が
Rを通ってプラス極板へ戻ることは理解しましたか?

電気量のもとは電子1こ1この電気量です
電子1個1個が電気素量e(e≒1.60x10⁻¹⁹)クーロンの電気量を持っているので電子1個がマイナス極版からプラス極版へ戻れば
マイナス極版から負の電荷-e[クーロン]が放出されたことになります
(これがプラス極版に戻れば、プラス極版の電荷はeだけ減ったのと同じななので プラス極板からは見かけ上+e[C]の電荷が放出されたということができます)

電子が10個戻れば、マイナス極版から放出される負の電荷は-10eです
電子が10000戻れば、マイナス極版から放出される負の電荷は-10000e[クーロン]です

このようなことから、充電コンデンサにRをつなぐと
マイナス極版の過剰電子放出=マイナス極版の負電荷放出
=プラス極版への(マイナス極版からの)電子流入
=プラス極板の正電荷放出
=プラス極板からマイナス極版への電流が生じる

これらが一体的に起こることになります(言い方に違いはありますがどれも同じ事柄を表した表現です)
マイナス極版の過剰電子が放出されるのですから
マイナス極版の自由電子の個数 連動して負の電気量が低下するのは当然ですよね
連動して プラス極板の正の電気量も低下しますし、コンデンサの電圧もRの電圧も低下、回路の電流も低下です

ただし、過剰電子が放出されるという過程は一気には起きません
ざっくり言えば、抵抗が電流の流れ(電子の移動)を妨げようとするからです
ご存じのように I=Q/t という関係があります
(I:回路の電流 Q:コンデンサから出る電荷(回路の導線断面を通過する電荷) t:所要時間)
コンデンサ・抵抗 回路のようにVが一定しない回路ではIも一定でないので
tを短時間にしてほぼVやIが一定である時間を考える必要がありますから
ΔI=ΔQ/Δtとすれば
短い時間Δtの間にコンデンサから放出される電荷ΔQ は瞬間的な回路の電流値ΔIに比例するという意味になりますよね
で、#2で示したように I=V/Rの関係にありましたから
ΔI連動してΔQには上限があるということになります
すなわち、コンデンサからの電荷の放出量は有限で
コンデンサーに蓄えていた電気量は一気にではなくて次第に放出され低下となります

で、放電が進むにつれてコンデンサの電圧は下がり、回路の電流も低下しますからコンデンサから放出される電荷ΔQはRをつないだ当初がMaxで時間経過ととも少なくなっていくというわけです

ここまでが概略ですが詳しくは、大学へ行って物理学や電気回路学などを学んでこの辺のことを学んでくださいませ(ちょっとだけ難しい微積分を扱うことになるので今回は割愛)
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この回答へのお礼

Vが低下するのですね!分かりやすくありがとうございました!

お礼日時:2020/11/29 18:29

コンデンサだと、負側の極板は電子が過剰な状態。


正側の極板は電子が不足している状態。

正と負をつなげると、負側の極板の電子が
正側へ移動します。両極板とも電気的に中性になります。

電荷は消えたりしませんよ。
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#2最後の文章が抜けましたので追加



マイナス極版に過剰に蓄えられていた自由電子のすべてがプラス極版へ戻りきったところで、Rおよび回路には電流が流れなくなります
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まず 上の図の状態は危険です 


というのもショート回路になっているから

電荷が蓄えられたコンデンサの両極板から延びる導線は結ばないようにしておくのです(←←←Cの両端などを結ばないでおくことを開放といいますよ)

で、開放状態のところへ抵抗をつなぎます(今度は抵抗があるのでショートではありません)

キルヒホッフの法則を思い浮かべてもらえばわかりますが
つながれた抵抗とコンデンサの電圧は常に等しくなります
(Cが電源になっていると考えることもできます)
このため、初めにコンデンサーの電圧がVoであったとすれば
抵抗をつないだ瞬間、抵抗にも電圧Voがかかり
I=Vo/Rの電流が流れます
電流が流れるということは 電荷の移動を意味しますから
コンデンサーに蓄えられていた電気量は放出され次第に低下します
すると、Q=CVにより コンデンサーの電圧も徐々に低下
すると、Rの電圧も徐々に低下
連動してRの電流も徐々に低下していきます
そして最終的にはコンデンサーの電荷が0になり、放出される電荷(電流)がなくなるのでRを流れる電流は0となります
当然ながら CとRの電圧も0になります
また、エネルギー的に言えば、コンデンサーのエネルギーが抵抗でジュール熱に変わり、コンデンサーのエネルギーのすべてが抵抗で消費されることになります

詳しく言うと、コンデンサーの充電とはコンデンサーのプラス極版に多数存在する自由電子の一部が コンデンサーにかけられた電圧によってマイナス極版に移動させられる現象です
これが起きると、電子の移動の向きとは逆の向き
すなわち マイナス極版からプラス極版へと電流が流れ込むことになります
(電流の向きと、電子が流れる向きは真逆)
これにより、プラス極板にはプラスの電荷が蓄えられますが
実際のところは、プラス極版の自由電子が流出した影響で
プラス極版の電子数が不足状態となり、数でまさる陽子の電荷が表面に現れてプラス極版にはあたかもプラス電荷が蓄えられたようになるということです
マイナス極版は逆に 流れ込んできた自由電子が過剰となるので
マイナス電荷が蓄えられることになります

次に外部電源からCを取り外し、充電状態のCへRをつなぐと
マイナス極版に過剰に蓄えられていた自由電子がプラス極版へ戻っていくことになるので この向きとは逆の向きにプラス極版からマイナス極版に向かって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

コンデンサーに蓄えていた電気量は放出され次第に低下する、ここが分からなくて質問してます(;A;)それ以外はすごい分かりやすく説明してくれてるんですけど。。。

お礼日時:2020/11/29 11:31

>最初の電荷はどこへ行ってしまっまたのでしょうか



「+ の電荷」と「- の電荷」が結合して「電荷 0」(無電荷)になります。
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