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コンデンサーの電気容量について - 物理勉強中 2019/10/08(Tue) 18:03 No.2601
 ├ Re: コンデンサーの電気容量について - ろっとん 2019/10/08(Tue) 21:00 No.2602
 ├ Re: コンデンサーの電気容量について - 物理勉強中 2019/10/09(Wed) 00:20 No.2603
 ├ Re: コンデンサーの電気容量について - ろっとん 2019/10/09(Wed) 00:53 No.2604
 └ Re: コンデンサーの電気容量について - 物理勉強中 2019/10/09(Wed) 17:50 No.2605

コンデンサーの電気容量について 投稿者:物理勉強中 投稿日:2019/10/08(Tue) 18:03 No.2601
根本的な説明がとても分かりやすく、いつも利用させていただいています。
さて、「コンデンサー」の項を読んで疑問がありました。ここには、「導体Aと導体Bを近づけると、それぞれの正電荷と負電荷が引きつけ合い、導体内に余白が生まれ、押し合いへし合いの末、余白に正電荷あるいは負電荷が割り込んで来ます。
つまり、導体Aと導体Bを近づけると、そこに溜まる電荷が増えるのです。」と書いてあり、その後、コンデンサーの電気容量の話題に発展していっています。ですから、コンデンサーの電気容量が極板間隔に反比例することを直感的に分かるように説明したのが最初の部分だと捉えました。しかし、改めて考えると、確かに図の導体A・Bのように球状の導体が帯電している場合にはそれらの距離が小さくなればそれに伴い引力は大きくなりますが、平行板コンデンサーでは、極板間引力は一定ですから、極板間隔を小さくしても溜まる電荷は変わらないような気がしました。そのため、コンデンサーの電気容量が極板間隔に反比例する感覚的な理解ができなくなってしまいました。これをどう説明できるかについて、よろしければご教示下さい。

Re: コンデンサーの電気容量について 投稿者:ろっとん 投稿日:2019/10/08(Tue) 21:00 No.2602
すみません、私がウソをつきました。
極板間引力は一定ではありません。一定になるのは電池がつながってない場合でした。コンデンサーの極板間引力は普通、電池がつながっている場合の話なので、このときは一定ではありません。
囘を考えるときに電気力線が等間隔に直線状に並んでいる場合しか成り立たないことと混同してしまいました。
もし極板間が2倍になればQもEも半分になるから極板間引力は1/4になるはずですね。電気力線が等間隔で直線状であってもそうですね。

この私の混同と同じようなことが極板間隔と電気容量の反比例関係にも言えると思います。
恋愛に例えて説明してみます。
板の上に

  A+君 B+君 C+君 D+君 E+君 F+君

の6人がいて、もう一つの板の上に

  A-さん B-さん C-さん D-さん E-さん F-さん

の6人がいたとき、
板がいくら離れてもお互いに求愛しつづけますが、
双方の板が電池でつながれている場合、この電池も求愛場所になりえて、
板の距離が5mから10mに広がった場合、

  B+君とB-さん
  D+君とD-さん
  F+君とF-さん

の3組は板の上で求愛するのをやめて電池の中で求愛するようになります。
カップルが移動することは、電池の電位差と極板間の電位差が常に一定に保たれることの例えとなります。
V=Ed なので d が2倍になったら E は半分にならなければならない。6本の矢印が3本に減らなければならない…
このときの電池は大部屋に例えられるかもしれません。板の上で同性同士押し合いへし合いするより大部屋に戻って求愛した方がいいと考えた…
というような…
感じ…
です。

Re: コンデンサーの電気容量について 投稿者:物理勉強中 投稿日:2019/10/09(Wed) 00:20 No.2603
早速ご回答下さりありがとうございます。電池が接続されているときには、極板間引力は一定ではないということを考えていませんでした。さて、板の距離が広がった場合、一部のカップル(電荷)は板の上で求愛する(引きつけあう)のをやめて電池の中で求愛するようになるとのことでしたが、この理由がよく理解できませんでした。「極板間の電位差は常に電源電圧と等しくならなければいけないから」というのは根本的な理由ではないような気がします。というのも、極板間隔が広がると電荷が電池側に移動する何かしらの原因があって、そのためにQとdが反比例し、結果として極板間の電位差は常に電源電圧と等しくなる、という順番で因果関係が成立すると思ったからです。このような見方で、極板間隔が広がると電荷が電池側に移動すること (先程の恋愛のたとえでは、「板の上で求愛するのをやめて電池の大部屋に行って求愛したいと思うこと」)を説明することは可能でしょうか。

Re: コンデンサーの電気容量について 投稿者:ろっとん 投稿日:2019/10/09(Wed) 00:53 No.2604
極板間隔が広がると電荷が電池側に移動する何かしらの原因は「同性同士の押し合いへし合い」だと思います。どの電荷もあっちからの力とこっちからの力の絶妙なバランスの中にいます。板と板の距離があいたことで、大部屋への距離が相対的に近くなって3組が移動して、全体が平衡状態になった。
…というのはどうでしょう?

Re: コンデンサーの電気容量について 投稿者:物理勉強中 投稿日:2019/10/09(Wed) 17:50 No.2605
平衡状態の移動ということですね。ですが、やはり電池と極板の相対的な距離の接近が、電荷にどんな力学的影響を及ぼすのかを理解しきれていないです…。とはいえ、自分が分かっていない点を明確にすることができたので、教えていただいたことをもとにもう一度自分で考え直してみようと思います。ご指南ありがとうございます。


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