コンデンサが1つのときは、当該コンデンサの両端に
電源からの電圧が加わることから、+側には+Qの電荷が、-側には-Qの電荷qを蓄えることができる。また並列接続をしたときは、それぞれのコンデンサに同じ電源電圧が加わることから、それぞれ+側には+Qの電荷が、-側には-Qの電荷qを蓄えることができる。
一方、直列のには、コンデンサ1、2、3あるとすると、コンデンサ1の+側には+Qの電荷が、コンデンサ3の-側には-Qの電荷qを蓄えることができると考えられるかなと思いますが、コンデンサ1と2の間、コンデンサ2と3の間にも同様に+側には+Qの電荷が、-側には-Qの電荷qを蓄えることができるというイメージ、考え方がよくわかりません。
単に、同一の電流が流れるんだからだ・・・といってもコンデンサは絶縁されているし・・・と、考えてしまいます。
よい考え方、理解の仕方を教えてください。
No.11
- 回答日時:
>これでは、官界の理解を間違えていますでしょか?
厳密には、まず電界が発生することで電荷が移動します。
電源というのは電界生じさせるものです。
電源を接続した瞬間をみると、コンデンサの電極間も、また導体内にも電界が生じます。が、導体内の電界は直ちに電荷が電界により移動するため、すぐに導体内の電界は電荷による電界と打ち消しあいます。つまり、現実にはコンデンサ1,2,3の電極には同時にみな電荷が集まるということになるのです。
その結果として、コンデンサの電極間だけに電位差(電界)が生じることになります。
つまりコンデンサ1,2,3それぞれは時間差なく電荷がたまるのです。
あくまで電荷を移動させる力というのは電界により生じるものであるというのが厳密な理解になります。
いろいろありがとうございます。
スイッチが入ると、コンデンサ1、2、3を通して回路全体に電界が発生し、電位差を生じる。
それにより、電荷qがその電界により引っ張られる(集められる)。各コンデンサの間には、絶縁体があるので、電荷はそれを通過できないので、それぞれのコンデンサの極板に+q、-qが蓄えられるということですかね。
直列回路では、回路全体では並行が保たれることから、当然移動する電荷は同一になるので、各コンデンサに蓄えられる電荷の量は同一になると。
No.10
- 回答日時:
>このような考え方はあまりよくないでしょうか。
単純にはそういう考えであっていますよ。
なぜならばコンデンサ1,2,3にかかっている電圧の合計は必ず電源電圧に等しいのですから。
ただ、電界を考えて個別に各コンデンサの電荷を考えるのは重要です。
なぜならばコンデンサが単純に全部同じ容量ならば単純に考えられるけど、コンデンサ容量が異なる場合には話が少し違ってくるからです。
たとえば1番3番は同じだけど2番のコンデンサ容量が異なる場合は、2番のコンデンサにかかる電圧は1,3番と異なります。
そのときに電界という話が重要になります。
なるほど・・・現実にはコンデンサ容量が違っているので、全体で引かれあうというのも少し強引ですね。
しかし、直列の場合、各コンデンサの電圧は違っていますが、蓄えられる電荷の量は同じになりますよね?
度々すみません。
電界、電位差が発生するから、電荷がたまるのか、電荷がたまるから電界、電位差が発生するのでしょか。・・・結果は両方同じですが
+電源により1Aに+q電荷が蓄積する。(-電源側は3Bに-qと逆になる。)
これにより電位差が発生し、1Bに-qが誘導され蓄積される。1Bは導線で2Aと接続されていることから、1Bに-qが誘導されることにより、逆に2Aに+qが追いやられ(という言い方がいいのかどうか)蓄積する。これにより電位差が発生し、2Bに-qが誘導される・・・・という現象が発生するのではないかと考えました。
このため、コンデンサには電位差による電界が発生する。導線には電界は発生しないということになるのかなと。
これでは、官界の理解を間違えていますでしょか?
No.9
- 回答日時:
>なぜ2Bの-qがたまるのでしょうか。
それは2Aと2Bの間に電界がかかっているからです。電界がかかっている、つまり電位差があるということは絶えずそちらに行こうとする力が働いているということです。でも絶縁体があるからいけないのでそこにとどまるのです。
>3Aに+qがたまるのは、3B側の-qにより誘導されるものと考えますが・・・・
そうです。こちらもまた同じ話です。
また同時に3Aに+qが引き寄せられるのだから2Bに-qがくるのは当然の話です。
>なぜならば電位差があれば電荷はそれを打ち消すように絶えず移動を続けるからです。」ということにつきるのでしょうか。
そういうことです。電荷が反対符号の電荷と引き合うということは、電荷+と電荷-により生じる電場という場が電荷に力を加え動かすことに他なりません。
>つまり電荷がそれぞれの局板にたまっていると考えられるし、実施もそのようになっていると言うことでしょうか。
そういうことです。絶縁体のためにそれ以上進めずに停滞しているに過ぎないのです。
わかりにくい質問にお答えいただきありがとうございます。
私なりに考えて見たのですが、電源に導線でコンデンサは1,2,3と接続されていると、電源の+側には-qが引き寄せられるとこで、1A側にはそれにつりあうため+qが誘導(言い換えれば押しやられるといってもいいかと)される。
コンデンサ全体に電荷、電位差が加えられているコトから、1B、2B、3Bには+電極に-qが引き寄せ(言い換えれば2A、3Aに+qが押しやられるといってもいいかと)られるということではないでしょうか。
電源の-側から見れはこれと逆の状況が起こっていると考えられるのではないでしょうか。このように各コンデンサの電極には電源の電荷、電位差に引き寄せ(誘導されている)のかな。また、これにより、各コンデンサでは各電極に反対の電荷が引き寄せ(誘導)させることにより、これらも互いに引き寄せ(誘導)しあいながら、蓄えられているのではないかと考えますがいかがでしょうか。
このような考え方はあまりよくないでしょうか。
No.8
- 回答日時:
>2Bの電荷(-q)は、それぞれ導体で1Bの電荷(-q)と3Aの電荷(+q)に引き寄せされるのではないかという疑問が。
簡単に2Bの電荷-qと3Aの電荷+qで考えるならば、そもそもその間には電界がかかっていませんから引き寄せられようがありません。
平たく言うと電界がある(=電位差がある)からこそ電荷は移動するのです。
では電界はどこにあるのかといえば、コンデンサーの絶縁体を介して発生しています。
つまり3A-3B間に電界があるのです。
導体内は、逆に電界が発生する(=電位差が発生する)ことがないように、それを打ち消しあうようにして電荷が移動するのです。
その結果として2Bには-qが、3Aには+qが生じるのです。
つまり2Bの-qと3Aの+qの電荷による電場が、外部からかけられている電場を打ち消しているのです。
もし電界、電位差が発生しているのであれば、導体内は電荷が移動してしまうのです。
コンデンサは間が絶縁体だから移動できずに電荷がたまりますけど、導体は移動に制限はありませんから。
電荷同士が引き合う、反発すると考えるのではなく、電界による電位差に注目してください。導体は電位差が0です。なぜならば電位差があれば電荷はそれを打ち消すように絶えず移動を続けるからです。
いつも、ご丁寧な解答ありがとうございます。
ご回答の中に、「簡単に2Bの電荷-qと3Aの電荷+qで考えるならば、そもそもその間には電界がかかっていませんから引き寄せられようがありません。」とあるのですが、
そうすると、なぜ2Bの-qがたまるのでしょうか。3Aに+qがたまるのは、3B側の-qにより誘導されるものと考えますが・・・・
それは、最後の1文「導体は電位差が0です。なぜならば電位差があれば電荷はそれを打ち消すように絶えず移動を続けるからです。」ということにつきるのでしょうか。コンデンサの場合、導体に電位差があれば、直流でも2Bと3Aの間で電荷が流れ続けるという現象が起こるが、実際はこのようなことはおこっていない・・・・つまり電荷がそれぞれの局板にたまっていると考えられるし、実施もそのようになっていると言うことでしょうか。
No.7
- 回答日時:
疑問点がよくわかりません。
>それぞれが1と3のコンデンサに接続されており、+qと-qの電荷であれば互いに引き合うのではないかと
だから1と3のコンデンサの電荷により、1,3の2と接続している電極には電荷が引き寄せられるから、2のコンデンサにはその反対の電荷が集まることになります。
言葉で説明しにくいのでいまコンデンサの電極を1A,1B(1のコンデンサ)、2A,2B,3A,3Bとしましょう。
接続は+の電源-1A、1B-2A、2B-3A、3B-電源のマイナスとしましょう。
電源からの電界により1Aには+qが発生(-qが電源に引き寄せられるため)、また3Bには-qが発生(+qが電源に引き寄せられるため)しますと、
1Aに対応する電極1Bには-qが発生しますし、3Aには+qが発生します。
絶縁されているのでこの1A,1B間、3A,3B間で電荷が合流することはありません。
このとき1Bに-qが集まるということはその反対側の2Aには+qが集まっていなければおかしいわけです。なぜならばもととも+q,-qが同じ量だけあるのですから。
片方に偏れば反対側には反対の電荷が集まります。
同じことは2Bと3A間でもいえます。
また更に2A,2B間では+q,-qがそれぞれ発生しているわけだからそれで両者が引き合っていますので、全体バランスが取れてそれで均衡しているわけです。
電界という見方をするとそもそも全体に電源の+から-側に対して電位差が発生しているのですから全体としては電界がかかっています。しかし、導体内はその電界をちょうど打ち消す方向に電荷が移動しているため、導体内での電界は0です。結局電源による電界はコンデンサの絶縁の間にのみかかっています。
いろいろと申し訳ございません。
ご指摘のとおり電荷が誘導されるというのはイメージできるのですが、率直な疑問として、2Aの電荷(+q)が、、2Bの電荷(-q)は、それぞれ導体で1Bの電荷(-q)と3Aの電荷(+q)に引き寄せされるのではないかという疑問が。・・・なぜ極板に誘導させるのかなと・・・。
それは、それがまさしく静電誘導で1Aに+qが発生、3Bには-qが発生し、1Bには-qが、3Aには+qが誘導される・・・すなわち、両極板の絶縁体側にはそれぞれ反対の+qと、-qが誘導されていることから、1B側では+qが反発し、3A側では-qが反発して、2Aと2Bに誘導され極板に集まると理解で良いのでしょうか。
細かなことでわかりにくいかと思いますがよろしくお願いいたします。
、
No.6
- 回答日時:
>導体は電場をとおさないということですが、
ではありません。
正確に言うと、電場が進入すると絶えずそれを打ち消すように電荷がによる逆の電場を作るということです。
たとえば、一本の導体があるとして、外部から左+Q、右に-Qの電荷による電場を絶縁体越しにかけたとすると(絶縁により電荷同士が合流しないようにする)、導体内部ではその電場を打ち消すように左-Q、右に+Qとなるように電荷が移動して、結果として導体内部には電場がないという状態になるのです。
なるほどですね。
すると、コンデンサが3つある場合に、1のコンデンサの+側に電源からの+qが蓄えられ、それに誘導されて-側に-qが誘導される
3のコンデンサの-側に電源からの-qが蓄えられ、それに誘導されて+側に+qが誘導される。
そうすると2のコンデンサでは、なんとなく1,3のコンデンサにより誘導されて+qと-qが誘導されるようなイメージもあるのですが、
それぞれが1と3のコンデンサに接続されており、+qと-qの電荷であれば互いに引き合うのではないかと・・・導線でつながれているのに、なぜ2のコンデンサのそれぞれの極版に電荷が集まるのでしょうか。
No.5
- 回答日時:
コンデンサ1の-側には-qが誘導され、それによりコンデンサ2の+側には+qが誘導されますが、この間には導体しかありません。
これらは-と+の電荷ですが、>両方が引き合って中和というか電荷0になってしまわないのでしょうか。
外から電場がかかっていなければ引き合って中和します。
つまり、電荷が動くことで外からの電場を中和する状態になるのです。
外からの電場に対して、それを中和するように電荷が分離しているのです。
だからそれで釣り合いが取れます。もし外からの電場がなくなると両者は引き合いもとの状態に戻るのです。
なぜそれぞれの平板に引き寄せられるのでしょうか。
それはコンデンサ内の電荷による電場の方が強く、それにより静電誘導されているということですか。
導体というのはそれゆえ導体の中では電場は絶えず中和されています。つまり導体は電場を通しません。電荷が動いて同体内の電場の勾配を打ち消してしまうためです。
う~~ん。混乱してきました。
導体は電場をとおさないということですが、ということになれば
コンデンサが3つ直列にある場合1の+に電源のがあるとすると+qの電荷が誘導され、-側にはその電場により-qが誘導される。
コイル3の-側には電源の-があり-qが誘導され、+側にはその電場により+qが誘導されます。
で、導体は電場をとさないとなると
コイル2には電荷が誘導されない事になりますが、実際は+側には+qが、-側には-qが誘導されます。それはなぜでしょうか。
No.4
- 回答日時:
1の+側に+Qの電荷がたまったので-側にはその電荷に引き寄せられて-Qの電荷が誘起されます。
一方、2の+側には+Qが誘起され、1の-側に蓄えられた-Qとの電荷量の和が0になるようになります。最初閉じている箔検電器に帯電したエボナイト棒を近づけると箔が開くのと同じ原理です。
1の+側に+Qの電荷がたまったので-側にはその電荷に引き寄せられて-Qの電荷が誘起されますというところが、間に絶縁体があるのでなぜそうなるのかわからなかったのです。
しかし、no.3様のご回答で絶縁体があって、電場は通過するので、-側には+qと平衡する-qが誘導すると考えればいいのですね。
No.3
- 回答日時:
>間に絶縁体があっても、+側の+qに誘導されると言うことでしょうか。
そういうことです。
実はこの絶縁体というのは電気は流れない、つまり電荷はこの間を行き来できませんが、電荷により発生する「電場」は透過できるものを使います。
フィルムコンデンサというのはポリマーフィルムを絶縁体に使いますし、空気を絶縁に使うものもありますし、セラミックコンデンサはセラミックがその役目をします。
そのほか色んなものが使われます。
特に実際にコンデンサでは電場を出来るだけよく通すものを使い、そのような物質を誘電体と呼んでいます。これは簡単に言えばどれだけ電場をよく通すのかと考えるとよいでしょう。(厳密には違うけど簡単に考えるため)
この誘電体を何にするかで色んな種類のコンデンサがあるわけです。この誘電体の性能により耐電圧が決まったり、あるいはコンデンサの容量が決まったりします。
あと誘電体は必ず絶縁体です。なぜならば電荷を通すもの、つまり導体の場合には電場が発生すると電荷がどんどん移動してしまうので、電荷がたまってそこにとどまるということがないからです。つまり電流が流れてしまうわけですね。
言い換えると絶縁体であるからこそ、電荷がたまるのです。
ありがとうございました。
非常によく理解できました。なるほどと感心いたしました。
そうすると、
コンデンサ1の-側には-qが誘導され、それによりコンデンサ2の+側には+qが誘導されますが、この間には導体しかありません。これらは-と+の電荷ですが、両方が引き合って中和というか電荷0になってしまわないのでしょうか。なぜそれぞれの平板に引き寄せられるのでしょうか。
それはコンデンサ内の電荷による電場の方が強く、それにより静電誘導されているということですか。
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