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コンデンサの静電容量と合成静電容量

電験三種

「クーロンの法則」や「電界の強さ」はコンデンサを理解するための基本です。
本項ではコンデンサそのものの理解を深めましょう。

まずコンデンサとはどんなものか簡単に説明します。
コンデンサとは、2つの導体(電極板)を少し離して向かい合わせに置き、それぞれの導体に電圧をかけたときに片方の導体の表面に+、もう片方の導体に−の静電気が帯電するという構造の装置です。
詳細は改めて説明しますが、コンデンサは電気設備の力率改善のために重要な役割を果たします。

次にコンデンサの能力を表す「静電容量」について説明します。
静電容量とはコンデンサに蓄えられる電荷の蓄えやすさを表すもので、単位はF(ファラド)です。
静電容量にはどんな要素が関係するでしょうか。
電極板の面積、電極板間の距離が能力を左右する要素となり、静電容量を求める式は次のとおりです。
Q=CV
Q:電荷 [単位:C(クーロン)]
C:静電容量 [単位:F(ファラド)]
V:電圧 [単位:V]
この式では電極板間は真空になりますが、別の物質を挟むと誘電率は変わり、材質ごとに「比誘電率」(ε)は定数となっています。

さらに、試験ではコンデンサを複数使ったときの回路内の全体の静電容量(合成静電容量)を求める設問が出ることがあります。その求め方も理解しておきましょう。
ポイントとなるのは、コンデンサにかかる電圧(V)と蓄えられる電荷(C)の関係です。
並列接続の場合は、各コンデンサの静電容量を足すことで求められます。下記のとおりです。

次に直列接続です。この場合は少し難しく、下記のとおりです。

コンデンサの能力を表す静電容量を理解することは、理論の分野で重要なポイントとなります。合成静電容量の求め方も練習問題などを活用して正しく理解しておきましょう。

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