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こんにちは,
誘電率は,外部電場による電子の引きつけられ程度を示すと理解しているのですが,これが高い物質を平行平板コンデンサーの間に入れると,なぜコンデンサーの容量が高くなるのでしょうか? 式でそう書いてあるからといわれても,現象的に理解したいです.どんな現象が起きているから,平板により多くの電荷を蓄えることができるのでしょうか?

ところで,電子が引きつけられ易い物質を使うより,
コンデンサの平板間に,多少の隙間を開けて金属を入れれば,誘電率の高いものより,高容量を期待できそうですが,いかがでしょうか.
何か根本的に間違っていそうです.

宜しくお願いします.

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A 回答 (4件)

誘電率は、外部電場を打ち消す度合いを表しています。



例として、コンデンサに1[V]を加えたとき、極板間にはそれに見合う電場Emaxが形成される必要があります。(Emax=1/d)
しかし、誘電率が大きいと、両電極からの電場を打ち消しやすくなるので、Emaxに達するためには、より多くの電荷が必要になります。つまり高容量ですね。


金属を挿入した場合は・・金属の厚さ分容量は上がるでしょうね。但し、あまり効果は期待できないと思います。
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誘電体の誘電率の違いによる説明は下記のサイトの図解が分かり易いでしょう。


誘電分極による現象です。
http://www4.osk.3web.ne.jp/~moroko/physics(elec) …

>・・・コンデンサの平板間に,多少の隙間を開けて金属を入れれば,誘電率の高いものより,高容量を期待できそうですが,いかがでしょうか.
理論的には両方の組合せで、『積層セラミックコンデンサ』の他に『薄膜高分子積層コンデンサ』が実用化されていますね。
 
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電子そのものが電荷を帯びていますので,電子自身が自分たちが作る電荷に影響を受けますよね.



電源からの電線がずーっ・・・と伸びていて,+とーの電線がそれぞれ遠くに離れていて,お互いの影響があまり大きく無いとしますね.
電線の先端部分を見ていると電子を押し込もうとしても,行き止まりですので,電子がちょっとでも余計に詰まるとその部分の電界が強まって,電子を逆に押し戻そうとします.つまり「電荷を蓄える機能=容量」が小さいわけですね.

一方,コンデンサのように互いが向き合っている広い電極を考えます.こんどは対面(トイメン(笑))に+の電極がありますから-側の電極の電子は相手側に引っ張られます.まぁ,もっともらしく言えば電極間に電界ができてるわけですね.
もちろん,引っ張られる力があるとしても,それ以上に電子が集まってくればやはり押し戻そうとする力が増えてきて,最終的には電源の電圧(押し込み力)とつりあったところで安定します。
電極間が近づけば近づくほど,この「引っ張り力」は強くなりますから,より多くの電子が極板に集結できます.つまり「容量の大きなコンデンサ」になるわけです.

さて,一方で誘電体は電気は通しませんが,外部から電界を与えられると分極をおこします.つまり+側が-に,-側が+にという具合に帯電するわけですね.外部からある電界を与えたときにどのくらいこの逆向き帯電が起きるかという目安が誘電率で,大きいほど強く帯電するわけです.
(強く逆向きに帯電するので,外部からの電界とあわせると,誘電体内部の電界は弱くなるわけですね)
電極の間に誘電体があると,この効果によってあたかも電極が近づいたのと同じような効果が得られます.つまり誘電体が挟まると,無い時よりも容量が大きくなるわけですね.

>コンデンサの平板間に,多少の隙間を開けて金属を入れれば,
>誘電率の高いものより,高容量を期待できそうですが
この「多少の隙間」に誘電体を挟むことでもっと容量を上げられるわけですね.短絡してしまってはコンデンサになりませんので,「隙間を保持する物」としても誘電体があると良いわけです.もちろん,誘電体と電極の間に隙間が出来ていると,その分誘電率が下がってしまったのと同じことになってしまうので,いかにうまく密着させるかということも大事ですし,誘電体をいかに薄く作るかということも大事です.

たとえば,昔からよく利用されていて,大きさの割りには比較的容量の大きなコンデンサとしてアルミ電解コンデンサが知られていますが,これは二枚のアルミ箔の間に絶縁用の紙を挟んで巻いてあります.一方のアルミ箔の上に酸化膜(絶縁体です)を形成しておきます.これを電解液と共に封入するわけです.電解液は「液体電極」みたいなもので,酸化膜との密着性は電解液で確保しようという考えです.
アルミ箔=>電解液の電極ともう一方のアルミ箔電極が非常に薄い酸化膜を挟んで向かい合ってるわけです.
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>コンデンサの平板間に,多少の隙間を開けて金属を入れれば



積層コンデンサというものが既にあります
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