コンデンサーと電圧

2つの板状の電極を向い合わせて,一方を電池のプラス極と繋げてプラス極として,もう一方を電池のマイナスと繋げてマイナス極とします.

このようにプラス極とマイナス極が向い合わせになったものをコンデンサー(capacitor)といいます.

電池のプラス極から押し出されたプラスの電荷(正電荷)はプラス極となった板に流れていきます.プラスの電荷(正電荷)が電池から押し出されると,電池のマイナス極にマイナスの電荷(負電荷)が同じ数だけ生まれます.これは電池のマイナス極と繋がっているマイナス極の板でも同じです.

ここで,プラス極となった板とマイナス極となった板を近づけると,プラス極の板にあるプラスの電荷(正電荷)がマイナス極の板にあるマイナスの電荷(負電荷)に引き寄せられてプラスの板のギリギリのところまでいきます.つまり,プラスの電荷(正電荷)がプラス極の板に貯められている状態になるわけです.このとき,2つの電極の板状なので,その電極間に一様な強さの電界(electric field)が生じます.

言い換えると,コンデンサーとは電荷を貯めることができる装置ということになります.

このコンデンサーの中の一様な電界(E)の中にプラスの電荷(q)が1つあるとします.そうすると,\[F=qE\]がこの電荷に働く力になります.プラスの電極の板とマイナスの電極の板との距離が(d)だとすると,電荷をプラスの電極の板とマイナスの電極の板まで動かす仕事(W)は,\[仕事=力\times移動距離\]と定義されているので,\[W=Fd\]となり,この式に,\[F=qE\]を代入すると,\[W=qEd\]となります.

ここで,\[V=Ed\]とおいて,これを電位(an electrical potential)と名付けます.つまり,\[W=qV [J]=[C \cdot V]\]電位の差のことを電圧(a potential difference)といいます.電圧の単位はボルト[V]になります.

なお,コンデンサーは繋がれた電池と同じ電圧になるまで電荷を貯め続けます.そして,電位差がなくなると電荷を流さなくなります.つまり,抵抗と同じ役割をするようになります.

このように,コンデンサーが電流を制限する能力をインピーダンス(impedance)といい,コイルや抵抗も同じ性質を持っています.


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