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教科書ではコンデンサには直流電流は流れない!っとされてますが、
ラボでコンデンサ両端に直流電圧を与えて確認してみると、実際には充電電流が両端に流れてます。
なのに、コンデンサにはしっかり電荷が溜めこまれています。 (Q=CV)

ここで理解できないのが、電荷がコンデンサに溜められているにも関わらず、なぜ両端に電流が確認されるのか?
+側に電流が確認され、-側には電流が確認されないのであれば、納得なのですが・・・

しょうもない質問ですいませんが、頭の隅でひっかかってまして、分かる方お願いします。

gooドクター

A 回答 (8件)

水のモデルに例えれば。


但し、電気は導体が繋がっていないと流れないので、ここの水も水がある状態で初めて流れます(水のない処には吹き出しません=他から水の供給がないと水の移動はできません)。
コンデンサーはある長さのパイプで真中にピストンがありその両側にコイルバネがあります、中は水で満たされています。
片側から水を注入するため水タンク(電源)から水圧の掛かったパイプをつなぎます(プラス電極をつなぐ)、反対側には繋がる水がないためピストンに押された水は吹き出しません(電流は流れない)、反対側に水の詰まったパイプをつなぎ、水タンク(電源)につなぐと、ピストンの片側のバネが圧縮されピストンが動きます、この時プラス側は水が流れ込み、マイナス側は水が流れ出します。
コンデンサーに相当のパイプの中の水の量は同じですが、ピストンがバネを押しているため、水を外へ押し出そうとする力が働いています(充電されている)。
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>電荷がコンデンサに溜められているにも関わらず、なぜ両端に電流が確認されるのか?


+側に電流が確認され、-側には電流が確認されないのであれば、納得なのですが。
コンデンサーの内部構造ご存じですね。
一般的には、同じ材質の金属等が向かい合っています、一方にプラス電荷が流れ込んでプラスに帯電すると、もう一方はプラス電荷をすべて吐き出してマイナスに帯電する必要があります。
したがって、プラス側は流れ込む電流、マイナス側は吐き出される電流です。
言い換えれば、片方にプラス電荷が溜まるためにはもう一方にマイナス電荷が溜まる必要があるのです、だからプラス側はプラス電荷の移動による電流、マイナス側はマイナス電荷の移動による電流が観測されます。
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すいません。

No5です。

これだけしか書かないと、変位電流=電磁波 と誤解されそうなので、、、

磁場をつくる作用は、実電流も変位電流も、何ら変わりはありません。
変位電流が磁場を作り、その磁場が、また、、、、となって、
電磁波は、広がって行きます。
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No4さんの回答なんですが、、、



質問者のレベルでは、関係ないのですが、他の方も見られると思うので、
ちょっと、付け加えます。

>電流は回路のどの点を取り出しても入ってくる電流と出て行く電流は同じ
ですから、回路のコンデンサの中の点と言えども入ってくる電流と出て行く電流は同じはず
です。
つまり、コンデンサ内には、ある意味、電流が流れるのです。
これを、「変位電流」といいます。
したがって、電流は、単にdq/dt だけじゃなく それに「変位電流」を加えたもの
が、正しい電流の定義です。

そう考えれば、電荷が全くない真空中でも、電波が伝わっていくことを、
理解しやすくなる と思います。
(アンテナは、両極が180°開いたコンデンサと考える)

小学生や中学生が、よく、電磁波 を、電子が飛んでいくもの と勘違いしてますが、
そんなことも考えてのコメントです。
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>教科書ではコンデンサには直流電流は流れない!



 書かれているのはそれだけではないと思いますが???「コンデンサだけを含む回路には・・」
 また実験・観察の結果も不正確です。そのとき流れた電流は変化しているはず、時間がたてばどんどんと減少し最後はゼロになるはずです。(微電流が流れ続ける場合もある)

 コンデンサや電気回路の基本が理解できていないようです。
 まず電流とは、「電荷の移動」のことですね。コンデンサの両極間の電荷の移動はありませんから、コンデンサを電荷が移動しない(電流が流れない)は、交流直理由にかかわりません。電荷が移動するのはコンデンサの両端を結んだ回路です。
 また電流は回路のどの点を取り出しても入ってくる電流と出て行く電流は同じでする。

 コンデンサの充電回路は、電荷は回路を流れ(電流)ますが、その電流は、回路のどの部分をとっても同じです。言い換えるとコンデンサの一方の極から電線・電池を経由して、コンデンサのもう一方の極まで流れます(=電荷が移動)。そして、流れた電荷はコンデンサの両極に蓄えられます。
 放電では、コンデンサの一方の極から他方の極に【外部回路を通じて】電流が流れます。

 電流とは何か。抵抗とは何か。電位差とは何か。コンデンサとは何か。コイルとは何か。電荷とは・・これらをきちんと正しく理解しましょう。
 
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電流と電圧の違いが十分理解できていません。


電気はよく水にたとえられます、底がバネで押し上げられた密閉容器に密閉状態でホースをつなぎ、圧力をかけた水を注げば注入できます。
このときの水の流れが、充電電流です、容器がいっぱいになれば(密閉状態のため)水の流れは止まります、これ以上水は流れません(コンデンサーは直流を通さない)。
ここで、ホースを外せば?、底をバネが押し上げ、水が噴き出しますね、このバネの力が電圧(電流を流す能力)です。
総括 容器がいっぱいになれば、水流(電流)はなくなる、容器は底にバネがあり、水を噴き出す能力(電圧)がある。
注 水の場合はホースがつながっていなくても流れる(吹きこぼれる)が電流の場合はプラスとマイナスがつながっていないと電流は流れません。
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ラボって書いてあるので、式を交えて説明します。



まず、教科書の記述は、「定常状態では」という但し書き が付きます。
で、回答を終わりにしてもいいのですが、、、

>充電電流が両端に流れてます。
>なのに、コンデンサにはしっかり電荷が溜めこまれています。
の「なのに」が気にかかります。
おっしゃるように、Q=CV です。
で、電流は、Qの流れ、つまり、I=dQ/dt です。したがって、dQ/dt =C dV/dt =電流
となります。
この電流が、実際測定された充電電流 ということで、
電流が流れて、電荷が溜まって行っているのです。

参考までに、、、
充電電流を求めるには、
Vを最初0、t=0で、一定値V0とし、回路に若干の抵抗R があるとすると、
(コンデンサにかかる電圧をV1とすると、v1=1/c∫I(t)dt)
V0=R I(t)+V1
=R I(t) + 1/c∫I(t)dt)

両辺をtで微分して、
0=Rd/dt I(t) + 1/cI(t)
なので、この解は、I(t)=A exp(-t/CR) + B   ただし、A、Bは定数
Vは、t=0で、V0 なので、I(t)を積分して、定数を決めてやると、

I(t)=V0/R exp(-t/CR)

となり、最初は、イッキにV0/R 流れ(つまり、Cがないのと同じ)、
その後、だんだん減って、
定常状態では、電流は、0 です。
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直流は流れないとの意味を誤解していますね。



コンデンサーはいわば蓄電器です。充電させるのには当然電流が流れますが、飽和(満充電)してしまえばそれ以上流れなく成ります。

ただし、コンデンサーの絶縁材の材質により、極微量に電流が流れ続けるものもあります。

>+側に電流が確認され、-側には電流が確認されないのであれば、納得なのですが・・・

電気はプラスとマイナスで一組で、片方だけに電流が流れる事はありません。(分流している様な場合は当然総合の電流で考えます)
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