コンデンサ

コンデンサ[capacitor]

コンデンサとは静電気力を用いて電荷を蓄えることのできる回路素子のこと.
コンデンサに蓄えられる電荷 $Q$[C] は,コンデンサ静電容量 $C$[F] と掛けられた[印加された] $V$[V] によって定まる.\[Q=CV[\textrm{C}]\]

コンデンサキャパシタとも呼ばれる.

微小時間 $\Delta t$[s] の間にコンデンサに掛かる[印加される]電圧が $\Delta v$[V] とすると,コンデンサに蓄えられる電荷の変化量 $\Delta q$[C] は,\[\Delta q = C \Delta v[\textrm{C}]\]となる.

ここで,電流の定義式,\[Q=It[\textrm{C}]\]を用いると先の式は,\[\Delta q=i \Delta t= C \Delta v[\textrm{C}]\]と変形できる.これを整理すると,\[i=C\frac{\Delta v}{\Delta t}[\textrm{A}]\]

なお,この関係式を微分で表現し直すと,\[i=C\frac{\textrm{d}v}{\textrm{d}t}\]電圧 $v$ の最大値を $V_{m}$ とすると,\[v=V_{m}\sin\omega t\]であるから,結局,\[\begin{eqnarray}i&=&C\frac{\textrm{d}}{\textrm{d}t}V_{m}\sin\omega t\\&=&\omega CV_{m} \cos \omega t\\&=&\omega CV_{m} \sin\left( \omega t + \frac{\pi}{2}\right)\end{eqnarray}\]となる.

つまり,交流コンデンサ回路においては電圧 $v$ は電流 $i$ よりも位相が $\frac{\pi}{2}$ だけ遅れる.

コンデンサの静電容量の大きさ

静電容量が $C$[F] であるコンデンサの電極の面積を $A[\textrm{m}^{2}]$,電極間の距離を $d$[m],誘電体誘電率を $\varepsilon$[F/m] とすると,\[C=\varepsilon\frac{A}{d}[\textrm{F}]\]という関係が成り立つ.


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