17/41電場・電位とコンデンサー
HOME/物理/電場・電位とコンデンサー
高校発展Chapter 1710

電場・電位とコンデンサー

電場は「+電荷がどこに向かって動くか」の地図。コンデンサーは電荷を蓄えるバケツ。

#電場#電位#コンデンサー#静電容量#クーロン

つまり「電場は地図、電位は高さ」

電場 = +電荷が受ける力の向き

電位 = +電荷のもつ電気的な位置エネルギー(高いところから低いところへ電流が流れる)

電位が高い方から低い方へ電場が向く。


コンデンサーとは

2枚の金属板に挟まれた絶縁体。電荷を蓄えられる。

Q=CVQ = CV

記号意味単位
Q電荷量C(クーロン)
C電気容量F(ファラッド)
V電圧V(ボルト)

コンデンサーのエネルギー

U=12CV2=Q22C=QV2U = \frac{1}{2}CV^2 = \frac{Q^2}{2C} = \frac{QV}{2}

バッテリーと違って急速に放出できる → カメラのフラッシュ・AED


接続の方法

並列接続:電圧同じ、容量が合計される

CT=C1+C2C_{_T} = C_1 + C_2

直列接続:電荷同じ、電圧が分かれる

1CT=1C1+1C2\frac{1}{C_{_T}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2}

コンデンサーの直列・並列はちょうど抵抗の逆。


💡豆知識

コンデンサーはカメラのフラッシュやAED(自動体外式除細動器)に使われている。通常の電池は急速に大電流を出すのが苦手だが、コンデンサーはゆっくり充電して一瞬で放電できる。AEDは数秒間でコンデンサーを充電し、心臓に向けて一瞬(数ミリ秒)で大電流を流す。

よく間違えるところ

コンデンサーの直列・並列は抵抗と「逆」になるので注意。抵抗の直列 = 足し算、並列 = 逆数の和。コンデンサーの直列 = 逆数の和、並列 = 足し算。これを逆にすると全問間違える。覚え方:「コンデンサーは抵抗の反対」。

重要ポイント

まとめ

  • Q = CV(電荷量・容量・電圧の関係)
  • U = ½CV²(蓄積エネルギー)
  • 並列:C合 = C₁+C₂
  • 直列:1/C合 = 1/C₁+1/C₂
  • コンデンサーの接続は抵抗と逆

まとめ

  • Q = CV(電荷量・容量・電圧の関係)
  • U = ½CV²(蓄積エネルギー)
  • 並列:C合 = C₁ + C₂
  • 直列:1/C合 = 1/C₁ + 1/C₂
  • コンデンサーの接続は抵抗と逆

// quiz

確認問題

Q1.電気容量 C[F]・電圧 V[V]のコンデンサーに蓄えられる電荷量は?

Q2.コンデンサーに蓄えられるエネルギーUはどれか?

Next Up — Chapter 18

光の干渉と回折

次のチャプターで学習を続けましょう

次のチャプターへ →