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コンデンサをつなげると何がおこるの?電荷の変化を詳しく説明します!

コンデンサは電気を蓄えたり放出したりする電子部品だと学びましたよね。

ではどんなしくみをしているのか、電荷の動きから説明しましょう。

 

直流回路にコンデンサをつなげると・・・?

直流回路は電源の正極から負極へ一方向に電流が流れる回路です。そこにコンデンサをつなげてスイッチを入れるとどうなるでしょうか。

 

スイッチを入れる前、コンデンサが電源に繋がっていないとき、

空のコンデンサの二つの極板はまだ帯電しておらず、コンデンサの極板間の電位差は0Vです。

 

スイッチを入れるとコンデンサに電流が流れ、正極側の極板には電源から正電荷が、負極側の極板が流れ込んでいきます。

これが充電という過程です。このとき、極板間の電位差がだんだん大きくなっていきます。

 

その後、十分に時間が経過すると、コンデンサに電荷が電荷量Q[C(クーロン)]たまり充電が完了し、電流は流れなくなります。

このときコンデンサの静電容量C[F(ファラド)]、極板間の電位差Vとすると、Q=CVという式が成り立ちます。

 

スイッチを切ると電流が逆向きに流れ、コンデンサに溜まった電荷が全体に等しく存在する状態に戻り、極板間の電位差は0Vに戻ります。

この過程を放電といい、電球を回路に挟めば放電の時に一瞬流れる電流を利用して電球を一瞬光らせることができます。

 

直流回路にコンデンサをつないだ時は、スイッチを入れる時と切るとき、つまり極板間の電位差に変化がある、充電と放電のときだけ電流が流れることになります。

では、交流電源を使った場合はどうなるでしょうか。

 

交流電源は、正極と負極が周期的に入れ替わり、絶えず電圧が変化します。

つまり、スイッチを開閉しなくてもスイッチを高速で開閉するのと似た状態をつくりだします。そのため、交流回路では周期的に向きが変わる電流が流れ続けます。

 

まとめ

いかがでしたか?重要なポイントは以下の3つです。

 

スイッチを入れる→充電しはじめる

十分に時間が経つ→充電が完了

スイッチを切る→放電

 

もちろん、回路に他の電子部品が追加されたり取り除かれたりしたときは個別に対応する必要があります。

ですが、パターンは限られているので、問題数をこなしてどのパターンでもコンデンサの働きが分かるようにしましょう!

 

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