No.4
- 回答日時:
以下は、数学的に理想化した話ですが、定性的には正しいと思います。
面倒なので、1個の充電済みコンデンサーの放電(ショート)を考えます。平行平板コンデンサーの電場(引き合う力)は、ふつう面倒なので極板間にしか考えませんが、本当は、+極板の裏側から出発し、-極板の裏側にまわり込むような電場も存在するはずです。どうしてかと言うと、±の極板全体に電位差があり、理想的な導体の電位は、導体全体で一定だからです。電位差があれば電圧勾配があり、それは電場です。
この状況は極板に、導線という細い導体が付いていても同じです。導線間にも電位差があり、回路全体を含むような空間(真空)領域には、電場がちゃんと存在します。
スイッチでは考えにくいので、スイッチをとっぱらった長さδの隙間を想像し、そこにちょうど長さδの導線Aを挿入する事にして、Aをスイッチのかわりにします。長さδの隙間にも、+側導線端部から-側導線端部に向かう電場が存在しています。この状況で電流が流れない(放電しない)のは、真空が絶縁体だからです。しかし隙間に電場は存在します。
簡単のためAは分極しないとしますが、そうであってもAを隙間に挿入すれば、隙間に存在する電場がAの自由電子に作用し、Aには電流が流れます。電流は、隙間の電場を弱める方向です。これは電場の定義から出てきます。
電場が弱まるという事は、導線端部の電位が変化するという事です。+側導線端部の電位は減少し、-側導線端部の電位は上昇して、±極板との電位差が導線内部にも生じます。この電位差により、導線内部にも電流が流れ出します。電荷保存則より、±側導線端部とAの境界を切る電流は、連続です。つまり±導線とAを流れる電流はイコールです。
以上は過渡過程です。その持続時間のスケール因子は、導線の誘電率をε,電気抵抗率をк,tを時間とした場合、概ね exp(-t/ε/к) の間しか続きません。εとкは一般に非常に小さいので、exp(-t/ε/к)はすぐに0となり、上記のような電位差を均す過程は一瞬で終了する、と結論できます。
結果として見えるのは、コンデンサーの初期電圧をV,回路長をLとすれば、回路内の一様電場E=V/Lによる、一様電流J=V/Rです。Rは回路抵抗。
長々と書きましたが、要するに言いたいのは、導線端部の間の(真空に存在する)電場がトリガーとなって、RC回路には電流が流れる、という事です。スイッチは、δ→0の極限に相当しますが、スイッチAが端子に触れた瞬間に、非常に短い導体内領域(物理に0はありえない)で、定性的には同じ事が起こっているはずです。
似たような話に、誘電体を挿入したコンデンサーの容量増加があります。この時も静電エネルギー(電位)は、極板間の隙間が持つと考えなければ、納得する説明は得られません。静電エネルギー(電位)は、導線間の隙間が持つので、それがコンデンサーの放電のトリガーになります。
No.3
- 回答日時:
質問の主旨は、電荷の移動を、なんとか"納得できるように"説明できないだろうか、ということでしょうか?
次のように考えてみたらどうでしょう。
大回りしている導線を、短くした状態を思い浮かべます。導線の長さは長くても短くても、問題にはならないはずですよね。(貼付図)
どうですか?
C1の極板の電荷は互いに引き合って、互いに結合したいと思っていますが、空間(ギャップ)がそれを許してくれません。そこで、ここに図2のような導線が現れたら、これ幸いと、導線を伝わって移動してしまいませんか?
図1で、電荷が移動するということに違和を感じたのは、導線が、C1の極板から一旦は離れる方向に描かれていたからなのだと思うのです。引き合うのに離れる方向に移動するって… という感覚だったのではないですか?
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
- 物理学 写真の問題について質問なのですが、解説を見る限りc1とc2の電気量は等しくないように思えます。 しか 4 2023/07/01 21:41
- 物理学 導体間に蓄えられている静電エネルギーを求める問題です。 私の方針としては、ε1の静電容量C1を求めて 2 2023/04/17 22:45
- 物理学 平行板コンデンサに誘電率ε1を持つ誘電体1と誘電率ε2を持つ 誘電体2を隙間なく詰める。極板の面積を 1 2023/08/10 22:46
- 物理学 高校物理、コンデンサーについて 写真のように起電力Vの電池で電気容量Cのコンデンサーを充電した後、電 1 2022/11/05 17:12
- 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 コンデンサーを含む直流回路について。 スイッチを入れた直後のコンデンサーは電位差がないため導線とみな 3 2022/08/12 16:31
- 物理学 ダイオードとコンデンサーの立式での扱い方 6 2022/08/04 08:54
- 物理学 電気容量C1, C2の二つの導体を十分離して置き, 無限遠点に対してそれぞれV1, V2の電圧を与え 4 2022/12/03 11:13
- 物理学 高校物理、点電荷がつくる電場・電位の問題です。 1 2023/06/19 20:20
このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています
-
性格の違いは生まれた順番で決まる?長男長女・中間子・末っ子・一人っ子の性格の傾向
同じ環境で生まれ育っても、生まれ順で性格は違うものなのだろうか。家庭教育研究家の田宮由美さんに教えてもらった。
-
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
-
【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
-
正電荷は移動しないのか?
物理学
-
-
4
正電荷と負電荷
高校
-
5
【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
物理学
-
6
電荷量と電気量は一緒?
物理学
-
7
(3)の説明の部分で『スイッチを開くとCの上側の正の電気と、2Cの下側の負の電気が引力で引かれあって
物理学
-
8
コンデンサーに電気が蓄えられている時電子が移動してると思うんですけどその動きはなぜ起こっているんです
物理学
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
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
-
接地
-
電界の強さE=D/εとE=V/dの使い分け
-
高校物理コンデンサーについて
-
電極間の電界について
-
コンデンサのエッジ効果はどう...
-
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...
-
コンデンサーにかかる電圧が負
-
なぜコンデンサーの電子が移動...
-
【物理】 コンデンサーについて...
-
コンデンサー 静電容量が小さ...
-
コンデンサーについて
-
平行板コンデンサーで極板感覚...
-
コンデンサー間に挿入された誘...
-
PN接合の拡散電位
-
物理 (2)aの点A.点Bの電位の意...
-
接触電位差に関して
-
「電位が浮く」ということを英...
-
コンデンサーの電気量が不変の...
おすすめ情報