電荷と電気② コンデンサ

電荷と電気① 電池
【コンデンサによる電荷のチャージ】

次に豆電球に付いているマイナス電極側の電線にコンデンサを挿入してみましょう。このときコンデンサは電荷を溜めていないものとします。またコンデンサのプラス電極側の平板を「A平板」、マイナス電極側の平板を「B平板」とします。

乾電池に電線を接続した瞬間に、プラス電極側の電線はプラス電極と同電位になり、マイナス電極側の電線とB平板はマイナス電極と同電位になります。そしてコンデンサは電荷を溜めていないのでA平板とB平板間に電位差は無く、よってA平板とこれにつながる電線の電位もマイナス電極と同電位になります。するとフィラメントの両端に1.5Vの電位差が生じることになります。

フィラメントは一種の抵抗線ですから、抵抗値＝Rとすると、1.5/R（A）に相当する電荷（電子）がフィラメントに流れます。すなわち、コンデンサのA平板からフィラメントを経て電池のプラス極に電子が流れ込みA平板には相対的に正電荷が溜まり始めます。またB平板はA平板の正電荷に相当する（極性が釣合う）負電荷を溜めるために、電池のマイナス極から電子が供給され負電荷が溜まり始めます。すると、A平板の正電荷とB平板の負電荷によって、平板間に電位差が生じます。すると、その分フィラメントの電位差が小さくなり、電流が減少します。

このようにして、A平板の正電荷とB平板の負電荷は増加していき、平板間の電位差が1.5Vに達するとフィラメントの端子間電圧がゼロとなり、回路の電荷の流れ（電流）は止まります。コンデンサはこのようにして電荷（電気量）をチャージするわけですね。溜めた電荷の量はQ＝CVです。Cの容量値（F）が大きいほど、また端子間電圧Vが大きいほど、多くの電荷が溜まるということです。

次に、電池を取去って電線を短絡（接続）するとどうなるでしょう（右図参照）。コンデンサが蓄えた正電荷と負電荷によって、A平板とB平板の電位差は1.5Vになっています。ということはフィラメントの端子間に1.5Vの電圧が加わり、コンデンサの正電荷が電線の電子を吸込み、負電荷が電子を供給して、電池を接続したときとは逆の方向に電流が流れ始めます。これによって、コンデンサの正電荷と負電荷は共に減少し、平板間の電位差が小さくなります。そして、蓄えていた正電荷と負電荷が無くなれば、平板間電圧はゼロとなって電流は止まります。これがコンデンサによる放電です。

乾電池は電荷を回路に供給しても、電池内部ですぐに電荷を生成するので、電流を流し続けることができますが、コンデンサの場合は溜めた電荷の量しか電流を流せないということですね。

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