コンデンサーのしくみを教えてください！

初歩ですみませんが、教科書に書いてある以下のところで引っかかっています。

①一定電圧Ｖを保つ電池により、金属板Ａから地面に自由電子が移動し、金属板Ａは正に帯電する。
②やがて地面を基準とした金属板の電位がＶになると、自由電子は移動しなくなる。
③地面につないだ別の金属板Ｂを金属板Ａに向かい合わせると、静電誘導により地面から金属板Ｂに自由電子が移動して金属板Ｂが負に帯電し、金属板Ａの電位が下がる。
④再び電位がＶになるまで金属板Ａから地面へ、また地面から金属板Ｂへ自由電子が移動する。

ここの③の最後、「金属板Ａの電位が下がる」のはなぜですか？負に帯電した金属板Ｂを近づけると、Ａのプラス電荷がＡから逃げちゃうんですか？

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2017/08/13 15:01

記述が正確ではありませんね。

「電位」というときには、どこかを基準にしないと「高い、低い」「上がる、下がる」が言えません。
お示しのような場合、通常は「地面」を基準にしますが、③の最後「金属板Ａの電位が下がる」は「金属板Bに対する電位」を言っているのでしょうか。一見するとそう見えます。
でも、電池を導体でつないでいる以上、「地面とBが同電位」なので、地面に対しても金属板Bに対しても「金属板Ａの電位が下がる」ことはあり得ません。

図の③の「自由電子が現れ、電位が下がる（V' < V）」という表現も変ですね。
説明自体に無理があるように思います。

この回答へのお礼

ご回答、ありがとうございます。物理の質問にご回答されるような方から見ても、ちょっと妙な表現なんですかね。もう少し悩んでみます。

お礼日時：2017/08/13 21:48

No.2 回答者： rnakamra 回答日時： 2017/08/13 15:19

二つの金属に異なる電荷を帯電させるとその二つの金属の間には電位差ができます。

この電位差は金属の距離を離すと大きくなり近づけると小さくなります。別に電荷の量が変化しなくても電位は変化します。

この操作の一方を地面に置き換えてもまったく同様になります。

③で行っている操作は地面の一部を金属に変化させて距離を近づける操作と同じことです。
そのため地面とAとの電位差は小さくなります。

イメージするのは難しく、しかも③→④の変化は一瞬で完了するため途中の状態を観察することはできません。
②の後に一度電池を切り離す操作を考えたほうがよいでしょう。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。＋と－にそれぞれ帯電した普通の平行板コンデンサーだったら、板の間の距離で電位が変わるのは、理解できますので、言われてみればなるほどなー、と思います。でも、地面の電位は０と考えますよね？金属板Ｂは負に帯電してますよね？②では金属板Ａの電位は「地面を基準」としていて、③で金属板Ｂが「負に帯電して」いますが、でも地面とつながっているのでやっぱりＢの電位も０と考えればいいのでしょうか。ちょっとこんがらがってきました。

お礼日時：2017/08/13 22:21

No.3 ベストアンサー 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/08/13 15:24

>Ａのプラス電荷がＡから逃げちゃうんですか？

逆。電荷が一定の場合電位差が小さくなります。

電荷量がー定なら、電極間の電束密度、電気力線密度とも
極板間距離に関係なくー定です。

電気力線密度=電界=単位長さあたりの電位差ですから、
単純に極板間の電位差は極板間距離に比例する
ことになります。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。Ａの電荷が変わらないのは、理解できました。私も考えがおかしいところがだんだん整理できてきましたが、①②の地面と③の金属板Ｂの違いがよくわかっていないみたいです。電気力線で言えば、①②のＡと地面の間には、Ａの正電荷のみによる電気力線が走っている、というのは合っていますでしょうか。では、③の金属板Ｂには「負に帯電し」とはっきり書かれているので、電気力線はＡの正電荷から出るものと、Ｂの負電荷へ入るものの２倍（？）できませんか？

お礼日時：2017/08/13 22:32

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2017/08/13 15:30

No.1です。

何とか「著者がしようとしたこと」を推測してみました。

③では、「電荷のない（電子と正電荷とが釣り合っている）金属板Ｂを置く」と、金属板Ｂの「Ａに面した（上側）表面」に電子が移動し、金属板Ｂ内の「正電荷、負電荷」のバランスをとるために、金属板Ｂの「Ａと反対側（下側）の表面」に正電荷が移動します。

④すると、地面（電位ゼロ）と「金属板Ｂの下側の表面」（正電位）との間に電位差が生じ、地面→金属板Ｂの電子が流れます。電子の流れは「一巡」でないといけないので、金属板Ａから電池にも電子が流れます。
これらの電子は、金属板Ａ／Ｂ間の電位差が V になるまで、金属板Ｂの上側・下側の電位が均一になるまで流れます。

ということでしょうか。

少なくとも、図にあるように、まず地面→金属板Ｂの電子が流れ、その結果で金属板Ａの地面に対する電位が下がり、それによって金属板Ａ→電池に電子が流れる、という時間順序はあり得ません。
それから、「電位の高い、低い」で「電子の流れ」を説明しようということも「分かりにくく」している要因かと思います。

この回答へのお礼

何度もご回答ありがとうございます。私も金属板Ｂの方がちゃんと理解できていないっぽいので、助かります。

④すると、地面（電位ゼロ）と「金属板Ｂの下側の表面」（正電位）との間に電位差が生じ、地面→金属板Ｂの電子が流れます。
↑
ここまでは、わかったんですが、

電子の流れは「一巡」でないといけないので、金属板Ａから電池にも電子が流れます。
↑
すみませんが、この考え方の元になる何かがあるのでしょうか？こんなもんかと思えれば楽になれるんですが。。。

お礼日時：2017/08/13 23:22

No.5 回答者： q0_0q 回答日時： 2017/08/13 16:19

貴方の推測通りです。

コンデンサですので、AとBの間の電荷が満たされる間、Aの電位は下がり、満たされれば絶縁状態になり、Aの電位はVと同じになります。詰まりコンデンサ・・蓄電器です。

これには前提条件として、電池は理想の電池ではなく、内部抵抗のある電池なのです。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。まだいろいろ勉強中で知らないところもありますが、電池の内部抵抗を調べてみると、電圧降下で似たような感じなのかなー、と思えてきました。

お礼日時：2017/08/13 23:27

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/08/13 22:50

>電気力線はＡの正電荷から出るものと、

>Ｂの負電荷へ入るものの２倍（？）できませんか？

ちょつと物理イメージがおかしいですね。

正電荷からでた電束は負電荷に吸い込まれる つまり
電束は正から負へ一つに繋がっているイメージです。
1Cの正電荷は1Cの電束を吐き、1Cの負電荷がそれを
吸い込む。

水の出口と吸い込みロと水の流れ(=電束)を頭に思い描くとわかるかも。
電束は水流と同じで増えたり減ったりしないので、2倍にもなりません。

この回答へのお礼

何度もご回答ありがとうございます。
そうすると、①や②で地面を相手にしている時と、③で負に帯電した板を相手にしている時とで、電気力線の本数は変わらないんですね。なんで③でＢが負に帯電してその結果Ａの電位が下がる、というような書き方をしてるんですかね。地面とＢが同じ扱いなら、わざわざ「負に帯電」って強調しなくてもいいですよね。ちょっと気持ち悪いですが、ありがとうございました。

お礼日時：2017/08/13 23:39

No.7 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/08/14 01:56

>なんで③でＢが負に帯電してその結果Ａの電位が下がる、

>というような書き方をしてるんですかね。

②では地面の表面が帯電しているのです。そうでないと電束を
受け止めることが出来ません。Aの電荷が静電誘導によって地面の
電荷を誘起します。
③では地面の電荷がBへ移ります。
④では電位差が下がって電池から補給された電荷が更にA、Bへ移ります。

この回答へのお礼

何度もご登場ありがとうございます。②の地面も表面が負になってるってことなんですね。なんか難しいですけど、もっと勉強します。

お礼日時：2017/08/14 11:26