コンデンサー 静電容量が小さくなると電圧が高くなる原理

コンデンサーに電荷を貯めて電源を取り除いた後、静電容量を小さくすると電圧は高くなりますよね？

静電容量を小さくするには３つ

①コンデンサー電極板の面積を狭くする
②コンデンサー電極間の誘電体を比誘電率の小さいものに変更する
③コンデンサー電極間の距離を大きくする

このうち①は狭い面積に電荷が詰め込まれる訳ですから電圧が高くなるのは分かりますし、②は比誘電率が小さくなる事で電気力線が増えますから電圧が高くなるのも分かります。

ところが③の電極間の距離を大きくすると電圧が高くなる事に関してはまったくイメージが湧きません。どのような原理で電圧が高くなるのか教えてください。

よろしくお願い致します。

質問者からの補足コメント

• 

  すいません質問の仕方が良くなかったです。
  電圧=電界×距離やQ=CVの関係式は分かっていて、もう少し根本的な部分で理解を深めたかったのです。具体的に言うと電荷や電気力線の状態がどのように変化するかです。
  
  多分こんな理屈だと思うのですが自信がないので添削をお願いします。
  
  ①電極間の距離が小さいと電界が強くなり正電荷と負電荷の拘束力が強まる
  ②拘束力が強まり電気力線で繋がった正電荷と負電荷は電気的に中性になり同じ電荷同士の斥力には寄与しない
  ③電極間の距離を大きくすると電界が弱くなり正電荷と負電荷の拘束力が弱まる
  ④拘束されていない電荷が斥力としてポテンシャル（電圧）を高める

    補足日時：2016/08/02 21:29

No.1 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2016/08/01 23:09

電極には、異種類の電荷が帯電しているので「引き付けあう力」が働いています。

これを「引き離す」には外部から仕事を加えることが必要です。この「加えた仕事」分のエネルギーが増えます。

電極を「無限遠」まで遠ざければ、電極の電圧は最大になります。

原理？　「電圧」つまり「基準点との電位差」はポテンシャルですから。
地上にあるものを、高く持ち上げれば「位置エネルギー」が増えます。どういう原理で増えるの、と言われても・・・。そういう「場」です。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

質問の仕方が悪かったので補足を書きました。

お礼日時：2016/08/02 21:37

No.5 回答者： rnakamra 回答日時： 2016/08/03 05:17

#4のものです。

補足にたいして
>①電極間の距離が小さいと電界が強くなり正電荷と負電荷の拘束力が強まる
電極の端から電気力線の乱れが無視できるような状況においてこのようなことはおきません。
電界の強さは電荷の大きさと電極間の誘電率のみで決まり、距離には関係しません。
点電荷の作る電界が距離の2乗に反比例して小さくなるのは電気力線が拡散していくためであり、コンデンサ内部のように電気力線が拡散しない状況においては距離が大きくなっても電界は変わらないのです。

この段階で理解が間違っているので後のことは考えるまでもありません。

この回答へのお礼

間違いの指摘ありがとうございます。

もう少し勉強して理解できるように頑張ろうと思います。

お礼日時：2016/08/03 21:39

No.4 回答者： rnakamra 回答日時： 2016/08/02 19:05

電圧=電界×距離

電界の大きさが一定なら距離が大きくなれば電圧が上がるのは当たり前。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

質問の仕方が悪かったので補足を書きました。

お礼日時：2016/08/02 21:49

No.3 回答者： fxq11011 回答日時： 2016/08/02 11:19

抵抗は電圧を生じる、初めて聞いたときは、エー！、でした。

抵抗による電圧降下・・・・はすんなり理解も・・・、生じるとは降下とは逆の気もしました。
静電容量と電圧、電気量・・・当にかかる法則を現した式を理解して文章で表現しただけです。
容量が減るのに、電圧が高くなる、言葉の感覚で違和感を感じるだけです。
溜まっている電気量が変わらないのならQ=CV、C容量が減れば、Vは大きくないとQは変動しますね。
参考　電圧と電力は直接関係ありません、電圧が高いと同じ抵抗でも多くの電流が流れる、それが大きな電力につながります。高電圧だけでは大電力になりません。
電気力線？、私には？、です。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

電荷が不変で静電容量が小さくなったならばQ=CVから電圧が高くなるのは分かります。知りたいのはその先です。

>抵抗は電圧を生じる、初めて聞いたときは、エー！、でした。

『抵抗の両端に電位差を生じる』の聞き間違いではないですか？

お礼日時：2016/08/02 21:48

No.2 回答者： 銀鱗 回答日時： 2016/08/01 23:53

難しく考えすぎ。

コンデンサへのチャージ時間が一定なら、静電容量が小さい方が電圧が高くなるのは当たり前。
静電容量が大きければ、さらにチャージができるからだ。

水が溜まるイメージをして、その水の高さが電圧と思えば納得できないかい。

この回答へのお礼

図まで用意して頂き感謝です。

容器の底面積を静電容量、水量を電荷、水位を電圧とするアナロジーは定番ですよね。

知りたいのはその先です。

お礼日時：2016/08/02 21:42