コンデンサーってなに？公式と合わせてわかりやすく解説

今回は入試で頻出の範囲「コンデンサー」について学習していきましょう。

本記事では、大学受験で物理を使う人向けに、「コンデンサーとは何か？」を、コンデンサーに関する例題を交えながら解説します。

重要な公式にも触れていきます。

苦手意識がある人にもわかりやすいように解説していきますので、最後まで参考にしてみて下さい。

コンデンサーとは何か？

コンデンサーとは、「2枚の向かい合わせた極板に電圧を加えて、、の電気を帯電させ、それらの引力により電荷を蓄えさせる装置」のことです。

「平行板コンデンサー」としてテキストによく出てきますが、それは平行に並べられた板状の導体が、より多くの電荷を蓄えるのに適した形状だからです。

（コンデンサーを電源につなぐと、電位差によって自由電子が移動し、電荷が貯まるという仕組みです。）

コンデンサーで扱う電気容量とは？

電気容量とは、コンデンサーが電荷を蓄える能力のことで、単位はファラドと表します。

そして、電荷、電位で表されるときに、電気量をとすると、

が成り立ちます。

ポイント

平行板コンデンサーに蓄えられる電荷

平行版コンデンサーの電気容量

真空中で、面積の極板を2枚、間隔で向かい合わせた平行板コンデンサーの正極版に、負極板にの電荷を蓄えた場合を考えます。

極板間の電位差をとすると、極板間の電場は、

と表せます。

ガウスの法則より、平行板コンデンサーの正極板による、正極板から負極板に出る電気力線の本数は

であり、負極板による正極板から負極板に入る電気力線の本数は

になります。

よって、極板間の電気力線の総本数は

になり、これは一様に分布しているので、

となります。

つまり、電気容量を

とすることで、が成り立ちます。

ここでわかるように、はガウスの法則や電場と電位の定義から導かれているので、では解けない問題は、ガウスの法則や電場と電位の定義式を考えるといいでしょう。

ポイント

平行板コンデンサーの電気容量は、極板面積に比例し、極板間に反比例する。

問題

真空中に極板面積、極板の間隔の平行板コンデンサーを置く。そのコンデンサーの電圧を加える。ただし、真空中の誘電率はとする。

指針

解答

コンデンサーとは、「2枚の向かい合わせた極板に電圧を加えて、、の電気を帯電させ、それらの引力により電荷を蓄えさせる装置」

平行板コンデンサーに蓄えられる電荷

平行板コンデンサーの電気容量は、極板面積、極板間隔をもちいて、

コンデンサーは、入試頻出の極めて重要な範囲です。

毎年必ず出題されるといっても過言ではありません。

しっかりと解説を読み込み、きちんと整理して覚えて、必ず解けるように何度も反復して練習するようにしましょう。

電磁気学についてさらに詳しく勉強したい方は、こちらのまとめ記事をぜひ参考に↓↓↓ 【電磁気学についてもっと詳しく学ぶ】電磁気学の要点まとめ【物理の偏差値を上げる方法】コメントを残すコメントをキャンセル