静電容量 | 定義、計算、類推 | 電気 – 磁気

静電容量とは

静電容量は、電気を貯蔵する能力として定義され、大文字のCで表されます。絶縁体(または真空)で分離された任意の二つの導体から、コンデンサーが形成されます。コンデンサーに貯蔵される電荷の量は、その静電容量とコンデンサー両端の電圧によって決定されます:q = CV。比例定数Cは、コンデンサーの静電容量と呼ばれます。

静電容量の計測

静電容量(C)は、ファラッド単位で測定され、デバイスまたはコンデンサー板間に適用された電圧(V)で貯蔵される電荷の量(q)によって除算された値と等しくなります。C = q/V。ファラッドは非常に大きな単位であるため、実践ではマイクロファラッドやピコファラッドといったファラッドのサブユニットがより便利です。

コンデンサーと静電容量

二つの導体間の静電容量は、導体の対向する面積、導体間の距離、及びその間にある誘電体の誘電率の関数です。プレートの形状にのみ依存するその値は、プレートの電荷や電位差には依存しません。静電容量は、一定の電位差を生じさせるためにプレートにどれだけの電荷をかける必要があるかの尺度です:静電容量が大きいほど、必要な電荷量は多くなります。

誘電体を使用した静電容量の増加

実験的に、導体間の空間を誘電体で満たすと、静電容量Cが増加することがわかっています。適用された電場による誘電体の分極は、与えられた電場強度に対するコンデンサーの表面電荷を増加させます。二つのプレート間に電場を適用すると、誘電体にはいくつかの反対の電荷が誘導され、適用された電場に反対します。結果として、プレート間の誘電体内部の電場は減少し、コンデンサーはより多くの電荷を貯蔵できるようになります。

ファラッド – 静電容量の単位

静電容量のSI単位はクーロン毎ボルトです。この単位は非常に頻繁に使用されるため、ファラッド(F)という特別な名前が付けられています。1ファラッド = 1F = 1クーロン毎ボルト = 1C/Vと定義されます。

水力学アナロジーにおける静電容量

水力学のアナロジーでは、コンデンサーは両端に接続があり、タンクを縦に二分する膜(油圧アキュムレーター)に相当します。システムのポンプが水を押し始めると、膜はその水からの圧力に応じて伸びます。この膜の伸びは、電気回路の電圧降下に相当し、コンデンサーの放電も同様に膜が元の大きさに戻ることに相当します。

Capacitance

 

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