基本問題375 コンデンサーの電気容量

コンデンサーの電気容量

直感的理解
コンデンサーの電気容量 $C$ は「1 V あたり蓄えられる電荷」を表す量です。$C = 20\;\mu\text{F}$ のコンデンサーに $V$ [V] を加えると、$Q = CV$ で電荷が決まります。電圧を上げるほど蓄えられる電荷は比例して増えます。

設定:電気容量 $C = 20\;\mu\text{F} = 20 \times 10^{-6}\;\text{F}$、電圧 $V = 10\;\text{V}$

蓄えられる電気量:$Q = CV$ に代入:

$$Q = CV = 20 \times 10^{-6} \times 10 = 200 \times 10^{-6} = 2.0 \times 10^{-4}\;\text{C}$$

蓄えられるエネルギー:$U = \dfrac{1}{2}CV^2$ に代入:

$$U = \frac{1}{2} \times 20 \times 10^{-6} \times 10^2 = \frac{1}{2} \times 20 \times 10^{-6} \times 100 = 1.0 \times 10^{-3}\;\text{J}$$
答え:
$$Q = 2.0 \times 10^{-4}\;\text{C}$$ $$U = 1.0 \times 10^{-3}\;\text{J}$$
補足:電気容量の3つの表し方

静電エネルギーは3通りで表せます:

$$U = \frac{1}{2}CV^2 = \frac{1}{2}QV = \frac{Q^2}{2C}$$

どの2量がわかっているかで使い分けましょう。

Point

コンデンサーの基本公式 $Q = CV$ を確実に使えるようにする。$C$ の単位は F(ファラド)、$1\;\mu\text{F} = 10^{-6}\;\text{F}$。