コンデンサの原理

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公開日:2021/4/6　　　　　　　　

関連知識
・RC回路 , RC回路② , RLC回路

■コンデンサの原理
コンデンサとは電荷をためることができるデバイスで、基本的な構造は絶縁体を金属板で挟んだものになります。電荷をためることのできる能力を静電容量Cといい、以下式で表します。電荷量はQで表し単位はC(クーロン)、静電容量はCで表し単位はF(ファラド)です。クーロンのCと紛らわしいので注意が必要です。

■コンデンサに蓄えられるエネルギー量
以下式となり、Q=CVの直線で囲まれた三角形の面積がエネルギー量となります。

＜以下の方法で求めるのは間違い＞
以下の方法で[クーロン]→[Ah]→[Wh]→[J]と変換する方法があるかと思いますが、これは間違いです。

となり、(1)式に比べ(4)式は1/2がない状態です。何故こうなるのかというと、(4)式は電圧が常に一定であるというのが前提で計算されています。実際にはコンデンサの電圧はエネルギーの放出とともに低下して最終的には0Vになるので、(2)式を求めるときに使用する電圧値は1/2Vとする必要があるからです。

■コンデンサの種類
ここでは代表的なものを説明します。

＜電解コンデンサ＞
PCの基板や充電器などにも広く用いられるコンデンサで、アルミ電解コンデンサや個体電解コンデンサなどがあります。安価で比較的大容量が実現可能です。

＜セラミックコンデンサ＞
周波数特性がよく高周波のノイズも除去できます。テレビやラジオなどに用いられます。容量はコンデンサの中でも小さい方です。

＜スーパーキャパシタ＞
コンデンサの中でも最も大容量を実現できるのがスーパーキャパシタで、電気二重層コンデンサが代表的なキャパシタです。バックアップ電源などに用いられます。またマツダのi-ELOOPシステムについているキャパシタもこのタイプです。

■コンデンサ用いた回路(RC回路)の特性
RC回路について、こちらで説明します。

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