コンデンサの電気を貯める原理

コンデンサが電気を貯める原理がわかりません。

コンデンサに電圧をかけると、誘電体が誘電分極し、
電圧をかけた方向と逆の電圧が発生する。
↑
ここまでは理解できます。
分極が生じることがなぜ電力を貯めることになるのでしょうか？

誘電体は、絶縁体なので電子を通すや貯めることはできませんよね

教えてください！

それと、誘電体の誘電率は高いほどいいのでしょうか
どんな物質が使用され、どの程度の誘電率なのでしょうか

No.2 ベストアンサー 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/05/06 08:30

＞誘電体は、絶縁体なので電子を通すや貯めることはできませんよね

　電子と電気/電流を混同していることが最大の原因です。
　他にも電力と電気とか、用語の正確な理解が足りないことが原因です。

---------------------------
という導体で接続された回路を考えます。
両端を電位差の異なるものに接続すると、導体内に電界の偏りが伝わっていきます。(その速度はその導体内の光速--それはその導体の誘電率に依存します)
電場の偏りが出来るため導体内で移動できる電荷をもつもの(Aとします)は移動を始めます。

->->->----------------->->-> ・・・　こちらからAがでてくる。
↑↑↑　　　　　　↑
Aは動き始める　　この部分はどうしていない

　この導体が金属だとするとAは電子ですが、スイッチを入れた直後には、この導体の両端の電子は移動していますが、中央部は電場の変化が伝わっていないため動いていません。しかし、一方の端から電子は出てきますから、電荷は両端で移動していますから、【電流はある】
　電流(電気)は一瞬(光速)にして流れ始めますが、電子は(光速で)動いているのではありません。実際のところ通常の数ミリの電線だと数アンペア流しても、せいぜいカタツムリの歩く速さ程度しか移動しません。
　水道ホースにいっぱい水が詰まっていて、蛇口を開けると他方から水が瞬時に出るけど、蛇口から出た水自体が瞬時に反対側から出てくるわけじゃない。

-----------| |-------------
　という中間にコンデンサを含んだ回路を考えます。
　電子は電界の変化が伝わると移動を始めますが、コンデンサー部分では移動は出来ませんが相手側の極板にそれに見合う電荷が現れますから、電子は相手の電極に移動できなくても存在しえます。
　先の水流モデルで考えると、水を通さない膜で仕切られた巨大な水槽と考えれば良いで小はしょう。幕は移動はしますが水を蓄えることは出来ます。幕の反対側からは水が出て行く。回路全体から見ると、上のコンデンサを含まないものと全く同じです。違うのは膜が移動しきってしまうと、それ以上流れない。逆電位にするとまた流れる。

　電力とは、その両端の電位差と、移動した電荷の積ですが、コンデンサが十分大きければ、その分だけ沢山の電力を蓄えられるという事です。


　
　

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2013/12/22 20:55

No.4 回答者： ddtddtddt 回答日時： 2013/05/09 19:24

　誘電体がなく、真空を挟んだ極板でもコンダンサーになりますから、分極が生じることが電気を貯める原因ではありません。

真空は分極できませんので（古典論では）。

　電荷を貯めているのは極板ですが（誘電体があっても）、そこに電気（電荷）が貯まる原因は、電圧を発生する電池の起電力です。電池を外してコンダンサーの両極をショートさせれば放電し、電池をつなぐ前の状態に戻るのが、その証拠になります。つまり、かけた電圧が電気（電荷）を貯めた訳です。

　もっとも誘電体があると分極により、より多くの電荷と静電エネルギー（電力）を貯められるようにはなります。それで誘電体の誘電率εは、分極なしの真空の誘電率ε0を基準にして（この名前が既に、誤解の始まりですね(^^；)）、比誘電率をχとしたとき、ε＝χ×ε0と、「数学的には定義」されます。

　ちなみに空気の比誘電率はほぼ1で、真空の場合と大差ない（ほとんど分極しない）となります。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2013/12/22 20:54

No.3 回答者： tetsumyi 回答日時： 2013/05/06 09:25

全く、その通りで誘電体は、絶縁体なので電子を通したり貯めることはできません。

電気を貯めているのは電極です。
コンデンサの構造
http://www.google.co.jp/search?q=%E3%82%B3%E3%83 …
ほとんどのコンデンサの中は、左上の絵のようにフィルムを巻いて左右を電極としています。
プラス、マイナスがくっつかなければ何でもいいのですが、誘電体を挟めば誘電体が分極するので多くの電気を貯められること、確実に同じ間隔で確実に絶縁できて製造上設計通りの容量、耐電圧ができます。
誘電率が高いほど、また厚さが薄いほど、同じ電圧を加えた時に多くの電気を蓄えることができることになります。
しかし、絶縁性が高いこと、薄くて均一な厚さができること、熱に強いこと等も必要ですから使用できる材料は限られることになります。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2013/12/22 20:54

No.1 回答者： Nebusoku3 回答日時： 2013/05/06 06:42

コンデンサのメーカではなくユーザなのでその立場から書いてみます。

＞分極が生じることがなぜ電力を貯めることになるのでしょうか？
通常、物質はプラスも　マイナスもない　中和した　安定した状態にあります。　分極が生じるということはその安定が崩れた　（つまりプラスとマイナスがはっきりしている）　状態になることです。
物質は安定に向かって（つまり電流を流そうとして）　はたらこうとします。　
”これが電力をためることになるのですね。”　導線でつなげばそれが実現し、元の安定した（分極する前の）　状態になります。　”これが電力を使うことになります。”

＞誘電体は、絶縁体なので電子を通すや貯めることはできませんよね
誘電体は絶縁体　→　この定義は正確ではありません。　殆どの物質は導体の性質を持っていますがその導電率で実質上、”導体”　か　”絶縁体”　に　”区分”　しているだけです。
有る用途に関しては絶縁だが　ある用途では　導電になることもあり得ます。

コンデンサの誘電体には非常に　絶縁体に近い物質から　導体に　近い　物質まで幅広く　使われています。　容量で　pF（ピコ ファラッド）　のものは絶縁体に近く　μF（マイクロ ファラッド）は導体に近い物質が使われます。（p　→　1/1,000,000,000,000　　μ　→　1/1,000,000 の意味。　F　ファラッドは静電容量を表す単位）
間違いではないですが　「電力を貯める」　という表現より　「電気エネルギーを貯める」　の方が良いかもしれません。　
上記のいずれの誘電体も　電気エネルギーを貯めることができます。

＞それと、誘電体の誘電率は高いほどいいのでしょうか
＞どんな物質が使用され、どの程度の誘電率なのでしょうか
電気エネルギーを「沢山貯める」　目的であれば　誘電率は高い方がいいです。

電力としてのエネルギーを貯めるには　コンデンサというよりも　二次電池　といったカテゴリになると思います。　卑近な例ですと 携帯　等に使われる　リチューム ベースの電池も　充電（電気エネルギーを貯める）可能な二次電池ですね。（充電により　分極がおこります）

以下はコンデンサの原理に関する参考URLです。　”どの程度の誘電率”　かを理解するには分かりやすく書かれたサイトだと思います。
http://www.elna.co.jp/capacitor/alumi/principle. …
http://www.nichicon.co.jp/lib/aluminum.pdf
http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/map/denki1 …

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2013/12/22 20:55