電気を帯びた物体のまわりにできる電場・電位、電気をたくわえるコンデンサー、そして電流が流れる直流回路のしくみを学ぶ単元です。
だいじな考え方
- 電場は、電気を帯びた物体が周囲の空間に作る「力のはたらく場」で、そこに電荷を置くと力を受けます。電位は、その場所が持つ電気的な位置エネルギーの高さのようなものです。
- 電位差(電圧)は、2点間の電位の差であり、電位そのものとは違います。電流は電位の高い方から低い方へ流れようとします。
- コンデンサーは、電気容量CのコンデンサーにVの電圧をかけると、Q=CVの電気量が蓄えられます。直流回路で十分に時間が経つと、コンデンサーには電流が流れなくなります(充電完了)。
- コンデンサーを並列につなぐと合成容量は単純に足し算(C=C1+C2)、直列につなぐと合成容量の逆数の和(1/C=1/C1+1/C2)になります。
コンデンサーが十分に充電されると、その部分に電流は流れなくなる。
やりかた
- 回路図を見て、コンデンサーが直列か並列かを確認する
- 合成容量を求める(並列は足し算、直列は逆数の和)
- Q=CVに、電気容量と電圧を代入して電気量を求める
- 十分時間が経った回路では、コンデンサーの部分に電流が流れないとして残りの回路を考える
れい
問題: 電気容量4.0μFのコンデンサーに12Vの電圧をかけたとき、蓄えられる電気量を求めよ。
- 公式Q=CVを使う
- C=4.0×10^-6F、V=12V
- Q=4.0×10^-6×12
答え: 4.8×10^-5C
つまずきやすいところ
電位差(電圧)と電位を同じ意味で使ってしまう
電位は基準点からの高さのようなもの、電位差(電圧)は2点間の電位の差
コンデンサーの直列接続で、合成容量を単純に足し算してしまう
直列接続では合成容量の逆数の和になり、並列接続のときに単純な足し算になる
コンデンサーには常に電流が流れ続けると考えてしまう
直流回路で十分時間が経つと、コンデンサーには電流が流れなくなる(充電完了)
たしかめ方
- 求めた電気量Qを電気容量Cで割り戻し、もとの電圧Vに一致するかを確認します。
- 直列・並列を逆に計算していないか、合成容量が各コンデンサーの容量より大きいか小さいかを見て確かめます(並列は増える、直列は減る)。