No.1ベストアンサー
- 回答日時:
こんにちは。
電池の+-------スイッチ-------抵抗-------コンデンサ-------抵抗-------電池の-
という単純な回路を考えます。
2ヶ所に抵抗がありますが、これは電流が無限大になって導線が溶断するということを防止しているだけなので、イメージ的には、
電池の+-------スイッチ-------コンデンサ------------------電池の-
と同じだと思ってください。
スイッチを入れると、コンデンサへの充電が開始されます。
充電が終了したとき、コンデンサの左の電圧は電池のプラス(Vボルト)、右の電圧は電池のマイナス(0ボルト)になります。
それ以上になることはありません。
また、充電を途中で急いで止めない限り、充電はVボルトまで進みます。
さて、ここからが問題です。
コンデンサの左側の電位をVL、右側の電位をVRと置きます。
コンデンサの左側にたまった電荷をqL、右側にたまった電荷をqRと置きます。
V = VL - VR = k(qL - qR)
(kは定数)
そして、コンデンサの2つの電極の間に働く力は、qLと-qRの積である-qLqRに比例します(クーロンの法則)。
F = -k’qLqR = -k’qL(qL - V/k)
= -k’{(qL - V/(2k))^2 - V^2/(4k^2)}
= k’{V^2/(4k^2) - (qL - V/(2k))^2}
(k’は定数)
ここでもしも、コンデンサに「電極間に働く力を最大にしようとする性質」があるとしたらどうでしょう?
そのためには、
qL - V/(2k) = 0
になればよいです。
qL = V/(2k)
qR = qL - V/k = V/(2k) - V/k = -V/(2k)
つまり、
qL = -qR
以上のことから、コンデンサには「電極間に働く力を最大にしようとする性質がある」ということで説明できそうだ、ということになります。(実際そうです。)
>>>例えば、上側の極板に+5C(クーロン)、下側の極板に-4C、みたいなことが起きてもおかしくないと私は思うのですが……。
そういうこともできます。
たとえば上記の回路でコンデンサへの充電を完了した後にスイッチを切って、次に、コンデンサの左側を外部の何かにつなぐか接触させればよいです。
また、電子回路や集積回路の容量や寄生容量などは、プラス側とマイナス側の電荷は等しくないことの方が多いと思います。
No.5
- 回答日時:
電磁気学を勉強したのはずいぶん昔の話ですが・・・・・・・
ファラデーの時代に沢山の静電気についての実験が行われました。
御質問の話ですが、コンデンサーの
上側銅板の上面をA,上側銅板の下面をa
下側銅板面の上面をb,下側銅板の下面をB
とします。
御承知のようにコンデンサは二枚の間隔に比べると広い面積の銅板が2枚置かれていますので、
ファラデーの時代の実験とくらべると銅の球の内面がaで、球の中の小球の表面がbとなります。
従って、この実験の銅球内面aの電荷Qaと、小球外表面bの電荷Qbは大きさが等しく符号が反対です。
さらに、銅板の上側上面電荷QAと上側下面電荷Qaは同じ量の電荷であって符号が逆となります。
このようにし静電誘導の規則から出発していますので、上側の極板に+5Cなら下側の極板には-5C・
なお、実際のコンデンサーはファラデーの時代の実験とはことなり、空気の代わりに電荷を蓄える能力の大きい
誘電体を充てんし、さらに紙などと導体を重ねてぐるぐる巻きにして、形状は小さくても極版の面積を大きくする
工夫がなされているようです。
添付したのはファラデーの時代の天才的な学者が電気の性質解明のため行った実験の要点です。
私の説明は怪しげですが、こちらの方は本物です。
、
参考URL:http://www15.wind.ne.jp/~Glauben_leben/Buturi/De …
No.4
- 回答日時:
コンデンサは極板の間に誘電体(絶縁層)を挟んでこの誘電体がプラス、マイナスに分極されることで電気を蓄えることができます。
つまり、プラス、マイナスの電荷は等しくなります。
電荷が異なるためには最初から絶縁層が一方に電荷を帯びていれば異なる電荷を蓄える可能性があります。
特殊な絶縁体でこのような材料があると聞いています。
また、絶縁層に電池のような機能を持たせればできます。
No.3
- 回答日時:
どうも。
簡単な説明だと 電流=dQ/dt(単位時間に流入する電荷量[C])なので
コンデンサ両極板の電荷が等しくないと、電流がコンデンサを経由して
不連続になります。(一致しない)
実は、大きさが等しく符号が異なる電荷があるコンデンサも作ればあります。
つまりコンデンサーの並列のような回路になりますが、コンデンサの片方の平板
を分割し、もう一方はそのままにします。電極面積Sに比例してたまる電荷量は
決まりますので、任意の電極面積にする。
その後、分割した面積の電極に電線をつなぎ、全て繋ぐ。そうすると電極には
片方の電極にある電荷量と違う電荷がいきます。
コンデンサーに流入する電荷量と、流出する電荷量が等しいことが条件です。
Q[C]=C[F]*V[V]=D[C/m^2]*S[m^2]=ε*E[V/m]*S[m^2]=ε*V/d*S=ε*S/d*V
よりC=ε*S/d
ちなみに電荷量Q[C]、静電容量C[F]、電束密度D[C/m^2]、電極面積S[m^2]
コンデンサの電界E[V/m]=V/d d:コンデンサの電極間隔[m]
Vはコンデンサの電極間にかかる電位差[V]です。
No.2
- 回答日時:
コンデンサを充電する場合は、当然、コンデンサと直流電源を接続する「閉回路」の電気回路を形成することになります。
ここに、閉回路では、「電気的中性条件」が必ず成立しなければなりません。
電気的中性条件とは、「閉回路の電荷の総和はゼロでなければならない」ということですが、上記のような単純な充電回路において、充電前の直流電源の電荷をQとし、充電後のコンデンサの電荷をqとしたとき、充電終了後の電源の電荷は必ずQ-qでなければならないということです。
充電終了後の電源の正電極にはQ-q、負電極にはq-Q(Q>q)の電荷が、コンデンサの正電極には+q、負電極には-qの電荷がそれぞれチャージされ、これらの総和はゼロになります。
なぜ、電気的中性条件が成立しなければならないかと言いますと、充放電は電流による回路内の電子の移動によって起こるからです。上記の例では、電子が-qの電荷分だけ、電源からコンデンサに移動したことになります。もし、正極板に+5C、負極板に-4Cをチャージしようとするならば、回路の外部から+1Cの電荷を持ってこなければなりません。
これは電気回路での実現は不可能ですが、例えば、半導体デバイスプロセスなどで利用される「プロトン(陽子)打ち込み」などの「非電気回路的手法」によれば可能ではないかと思われます。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- 物理学 高校物理、コンデンサーの問題を教えてください。 1 2023/07/02 23:05
- 物理学 電磁気学での質問です。 電荷のない空間ではポテンシャルの極大点, 極小点が存在しないことを証明せよ. 3 2023/05/12 22:39
- 高校 コンデンサーに誘電体を挿入します。(図1) この状態を直列のコンデンサーと考えた場合、極板部分の電荷 2 2022/06/27 18:03
- 物理学 高3物理の電気分野のコンデンサーについてです。 7 2022/06/24 13:00
- 工学 電極面積がS(m^2)で電極間に比誘電率εrの誘電体が満たされている平行平板コンデンサがある。一定の 2 2022/06/14 12:14
- 物理学 高校物理、コンデンサー、誘電体 4 2023/03/18 22:22
- 物理学 高3物理、電気分野のコンデンサーに関してです。 7 2022/06/24 12:14
- 工学 至急お願いします。 真空中に、電極間距離dの平行平板コンデンサがある。平板1にσの電荷密度、平板2に 2 2022/07/31 19:06
- 物理学 間隔2dの大きさの等しい平行板電極A,Bがある。質量mの物体Cの両側に, 自然長d,ばね定数kの2個 1 2022/12/26 12:46
- 物理学 電荷の受ける力 1 2023/02/04 17:51
このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています
-
「どうして捨てられないの?」前妻の物を捨てられない男性の心理って?
前妻の物を捨てられない理由に加え、捨てるための手段はあるのかを専門家に聞いてみた!
-
高校物理、コンデンサーについて質問です 片方の極板に+Q[C]の電気量が帯電している時、もう片方の極
物理学
-
導線で繋がれた極板はなぜ等電位になるのかを教えて下さい!
物理学
-
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
物理学
-
-
4
【物理】 コンデンサーについてなのですが、 極板間の電位差が電池の電圧の等しくなると、自由電子の移動
物理学
-
5
コンデンサー 極板間の電場の強さEはE=Q/(εS)と表されますが 参考書に 実際の電場は 2Eであ
物理学
-
6
【物理】 この問題の(2)の答えに、両コンデンサーに加わる電圧は等しいってかいてあるんですけど、並列
物理学
-
7
①写真の上図ように、極板Aにのみ+q(C)の電荷が蓄えられたコンデンサーを回路に接続したとき、やがて
物理学
-
8
接地
物理学
-
9
二回微分して 上に凸下に凸 が分かると言うのが理解出来ません どなたかかなり丁寧に解説をお願いします
数学
-
10
【物理】 一様な電場とあるのですが、なんで一様になるのでしょうか? 真ん中辺りがEが強くなる気がする
物理学
-
11
高校物理です。 十分に時間がたった時のコンデンサーには電流が流れなくなり電位差はないけどコンデンサー
大学受験
おすすめ情報
このQ&Aを見た人がよく見るQ&A
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
高校物理コンデンサーについて
-
接地
-
キルヒホッフの第1第2法則をマ...
-
コンデンサのエッジ効果はどう...
-
コンデンサー ジュール熱
-
物理の問題について質問です 問...
-
放電
-
加速された電子1個の運動エネル...
-
コンデンサーにかかる電圧が負
-
電界の強さE=D/εとE=V/dの使い分け
-
コンデンサーについて
-
電気量
-
コンデンサーの極板間を広げる...
-
コンデンサー間に挿入された誘...
-
電磁気学の質問です。 回路にコ...
-
(3)の説明の部分で『スイッチを...
-
電気容量Cは、QやVを変えても常...
-
サンドイッチ型のキャパシタの...
-
直列に繋いだコンデンサの合成...
-
高校物理、コンデンサー回路と...
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
放電
-
高校物理コンデンサーについて
-
高校物理 スイッチの切り替えに...
-
接地
-
コンデンサのエッジ効果はどう...
-
電界の強さE=D/εとE=V/dの使い分け
-
【物理】 コンデンサーについて...
-
コンデンサーにかかる電圧が負
-
コンデンサーの両極板の電荷が...
-
コンデンサーの極板間を広げる...
-
コンデンサー 静電容量が小さ...
-
高校物理のコンデンサーについ...
-
接触電位差に関して
-
なぜコンデンサーの電子が移動...
-
コンデンサーについて
-
PN接合の拡散電位
-
平行板コンデンサーで極板感覚...
-
誘電体のある同心円筒導体について
-
高校物理 コンデンサーについて...
-
直列に繋いだコンデンサの合成...
おすすめ情報