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5分でわかる!コンデンサーの充電

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この動画の要点まとめ

ポイント

コンデンサーの充電

高校物理 電磁気12 ポイント1 全部

これでわかる!
ポイントの解説授業
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2枚の金属板を向かい合わせにして、 電気を蓄えたり、放出したりする装置コンデンサー と言います。

向かい合う2枚の極板

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コンデンサーは一体どのようにして電荷を充電するのでしょうか? コンデンサーは、例えば次の図のような装置になります。

高校物理 電磁気12 ポイント1 左の図 +と、+の矢印カット

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面積S[m2]の2枚の金属板が向かい合っています。コンデンサーにおけるこの2枚の金属板を 極板 と呼びます。極板間の距離はd[m]とします。最初、2枚の金属の持つ電気量は0[C]で、まだ電荷が蓄えられていません。

電池をつなぐと電荷が蓄えられる

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最初0[C]の状態のコンデンサーに、図のように電池をつないで電荷を蓄えてみましょう。

高校物理 電磁気15 ポイント1 右の図

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電池をつなぐと、プラスの電荷が下の極板から上の極板に運ばれる、という作業が繰り返されます。すると、上の極板はプラスに帯電し、下の極板はマイナスに帯電しますね。

高校物理 電磁気12 ポイント1 2つの図 右の図のEと、Eの矢印カット Vと0をカット

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上の極板に電気量+Q[C]が蓄えられたとき、下の極板の電気量-Q[C]となります。これが、まさに コンデンサーの充電 です。

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コンデンサーに蓄えられた電気量を問われたら、1つの極板に注目して、その極板の電気量を答えましょう。今回の例では、コンデンサーに蓄えられた電気量は+Q[C]です。上と下で極板の値が異なるからといって、和を考えてはいけません。あくまでも、コンデンサーに蓄えられる電気量とは、1つの極板の電気量のことです。

コンデンサーに電荷が蓄えられる→電位差Vが発生

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次に、充電されたコンデンサーの極板間における 電場電位差 について考えてみましょう。先ほどの例で、2枚の極板は上が+Q[C]、下が-Q[C]なので、 極板間には下向きの電場E[V/m]が発生 しますね。

高校物理 電磁気12 ポイント1 2つの図 右の図のVと0をカット

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電場が下向きにはたらくとき、電位差も発生します。 電場は電位が減少する方向にはたらく ので、 上の極板が高電位、下の極板が低電位 と言うことが分かります。したがって、下の極板を基準0[V]とし、上の極板は+V[V]としましょう。

高校物理 電磁気12 ポイント1 2つの図

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つまり、コンデンサーに電気が蓄えられると、電位差V[V]が生まれるということです。

コンデンサー間の距離dと電場E,電位差Vの関係

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極板間の距離がd[m]のコンデンサーに、電気量+Q[C]が蓄えられたとします。このとき、極板間に生じる電場の大きさE[V/m]と電位差V[V]の関係式について考えてみましょう。

高校物理 電磁気12 ポイント1 2つの図

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極板間に生じる下向きの電場E[V/m]は 一様 です。一様な電場では、(静電気力E)×(距離d)で求められる 仕事 と、 位置エネルギーの差 である 電位差V[V] が等しくなる関係から、
E×d=V
つまり、
E=V/d [V/m]
と表すことができますね。

高校物理 電磁気12 ポイント1 くまちゃん囲み

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コンデンサーの電場Eは極板間の距離dに反比例 するということを覚えておいてください。

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

コンデンサーの充電
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