(10) コンデンサを知る

投稿者: | 2018年4月21日

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1. 脱超初心者のために

コンデンサとトランジスタ、これをちゃんと理解しなければ超初心者の域から抜け出せない。
いつまでも LED単体の点灯/消灯だけでは進歩がないので、これを理解しなければ…

今回はコンデンサーについて学習する。
得た知識をちょくちょく書き足していくので、今日時点で本投稿が完成していなくてよい。

2. コンデンサーとは?

(1) まずはこの動画で学習させていただく

ありがとうございます。m(_ _)m

(2) 知ったことを列挙する

・コンデンサはドイツ語読み、英語ではキャパシタ(capacitor)と呼ぶ。
・コンデンサには絶縁体が挟まっているので電気は流れない。
・回路に電流を流すと電荷を貯める。(=それぞれの金属板が正/負に帯電する)
・回路から電源を外した後も電荷をため込んでいる。 → 蓄電器である。
・電荷が貯まるとコンデンサ自体が電圧を持つようになる。 → 蓄電器である。
・テスターでコンデンサ単体の抵抗を測ると抵抗値がぐんぐん上がる。
 → 電荷をため込むと抵抗値が ∞ まで増える。
  → 電流が流れなくなる。
・電解コンデンサの極性は、コンデンサを囲む区間の電位差で決める。
 → 電位の低い方に-極を、電位の高い方に+極を接続する。
・同じ容量のコンデンサを並列につなぐと、その区間の容量が 2倍になる。
・極板の面積が大きく、極板間の距離が短いほど、静電容量が大きくなる。
・絶縁体の物質により性能が変わる。(=誘電率は絶縁体の物質により異なる)
・バイパスコンデンサ(=パスコン)として電源供給を安定させる(=不足時に供給する)ために使う。

・コンデンサの充電、放電機能を利用して発振回路が作れる。
・交流回路に組み込んだ場合、蓄電と放出を繰り返すので、あたかもコンデンサを電気が流れているように見える。

(3) 静電容量

・コンデンサが蓄えられる電荷の量のこと。
・単位電圧(1V)あたり蓄えられる電荷の量で表す。
・表記の記号は C(capacitance)を使い、単位は F(farad)を使う。 ※ファラデーさんから
・1[F]とは、1[V]の電位差で 1クーロン(coulomb, 単位は C)の電荷を貯められる静電容量のこと。
・1[C]とは、1秒間に 1[A]の電流で運ばれる電荷量のこと。 ※クーロンさんから

(4) 誘電率

3. 理解を深めるために実験

(1) 充電と電流

以下の回路を組んで電流を流してみた。

このときわかったこと。
・コンデンサの両極板が電荷をため込み始めると、両極板の間に電位差が生じる。
 → 徐々にコンデンサにかかる電圧が上がる。
・一方で、同じ直列回路上にある抵抗は、徐々に電圧が下がる。
・コンデンサにかかる電圧値が電源電圧値に近づくと、電流が流れなくなった。
 → コンデンサは絶縁体であり、電流が流れているように見えたのは、電源電圧によってコンデンサの一方の極板から他方の極板へ自由電子が移動しただけ。
  → コンデンサ内の両極板の電位差が電源電圧と同じになった時点で、それ以上は移動できなくなる。
   → 電流が止まったように見える。(下記「(2) 充電と放電」を参照)

(2) 充電と放電

以下の回路を組んで電流を流してみた。

最初にスイッチ1-3を接続してコンデンサを充電した。
その後スイッチ1-2を接続してコンデンサを放電した。
このときにわかったこと。

1. 充電中
・電源の電圧をテスターで測ると、下記の電位差が計測できる。

・電解コンデンサの+極と-極の間の電圧をテスターで測ると、下記の電位差が計測できる。
 → コンデンサの中を電流が通れないため、実際には電源電圧と逆向きの電圧を計測している。

・上記「(1) 充電と電流」では「電流が止まったように見える」と書いたが、これは、コンデンサが電荷を貯め込んで電源と同じ電圧値になると、順方向 vs 逆方向で打ち消し合い、電流が流れなくなるため(か?)

2. 放電中
・抵抗を挟んで電圧を測ると、充電時と放電時とで逆向きになった。
 → 充電時に貯め込んだ 3V分だけ、コンデンサの+極から-極へ向かって電流が流れる。
  → まさに蓄電器だ!

謝辞

以下のページがとても分かりやすかったです。
ありがとうございます。m(_ _)m
https://www.murata.com/ja-jp/campaign/ads/japan/elekids/compo/capacitor
https://www.murata.com/ja-jp/products/emiconfun/capacitor/2011/01/14/en-20110114-p1
http://ednjapan.com/edn/articles/1205/22/news060.html
http://www.tdk.co.jp/techmag/condenser/200801u/index.htm
http://startelc.com/elc/elc_2_2capa2.html
http://startelc.com/elc/elc_2_1capa.html
http://startelc.com/elc/elc_3_2CeqR.html
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/kairo/konntyoku.html


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