概念と仕組み
コンデンサは、2つの分離した導体間に電気を蓄える部品です。静電容量（C）は、蓄えられる電気量と電圧の比として表され、Q/V で示されます。
並行平板の面積を増やす、または平板間の距離を減らすことで、同じ電圧でより多くの電荷を蓄積することが可能になります。誘電体は、電場の関係を変えることで、静電容量を増加させます。
関係式と成立条件
もしエッジ効果を無視した場合、C = ε₀εrA/d となります。完全に接続された場合、電圧（V）は一定であり、分離後の漏れがない場合、電荷（Q）も一定であるため、形状が変化すると、エネルギーの変化も起こります。
蓄積されたエネルギーは、½CV² = Q² / 2C です。 実際のプロセスにおけるエネルギーのバランスを考慮する際には、電極の移動などの外部からの力による仕事も考慮する必要があります。
仮想実験で読み取る変化
電池接続ではVが一定、切断後は蓄えたQが一定です。
端の電場、絶縁破壊、漏れは省略します。切断時の基準形状を固定して各実行を再現します。 実際の電源・コンセント・高電圧では再現せず、画面上で実験しましょう。
重要な関係式と記号
C = ε₀εrA/d · Q = CV · U = Q²/(2C)
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| C | 静電容量 | F |
| A, d | 極板の面積・間隔 | m², m |
| εr | 比誘電率 | 単位なし |
例で確かめる
電池を外して電荷を固定し、間隔を2倍にすると蓄積エネルギーはどうなる？
2U
よくある誤解
- 容量を増やすことは、すべての接続条件下で、電圧と電荷が同時に増加することを意味しません。