• ベストアンサー

こんばんは。

こんばんは。 こちらの掲示板に始めて、質問させて頂きます。 現在、極板面積の異なるコンデンサの静電容量を算出しようとしているのですが、難航しています。 一般的には、C=εS/d(C:静電容量、ε:誘電率、S:極板面積、d:極板間面積) で算出できますが、面積が異なるのでこのままの式に代入することはできないと考えています。 各極板の電界から算出しようと試みたのですが、極板面積が異なる場合に電気力線がどのような振る舞いとなるのか分からず、困っています。 どなたか、このような場合における静電容量の算出方法に関して、ご存知ないでしょうか。 ご回答よろしくお願い致します。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • sanori
  • ベストアンサー率48% (5664/11798)
回答No.1

こんにちは。 >>>このような場合における静電容量の算出方法に関して、ご存知ないでしょうか 真面目に計算しようとすると、大変なことになります。 しかし、 小さい方の極板の一辺の長さがdに比べて十分大きければ、大きい極板を小さい極板に取り替えて普通の平行平板としたときの容量とほぼ同じと見てよいです。 「十分」がどれだけの比かですが、おおむね2桁以上違えば大丈夫だと思います。 私はエレクトロニクスの仕事をした経験がありますが、比が100倍前後以上あれば、全部そうやって近似していました。

crimson_mint
質問者

お礼

sanoriさん ご回答ありがとうございます。 自分でも調べてみたのですが、ご指摘のように真面目に算出するのは大変ですね。 教えて頂いたように、小さい方の極板面積に近似して、算出すると妥当な値となりました。 本当にありがとうございました。

関連するQ&A

  • 平行平板コンデンサーに誘電体を挿入する

    平行平板コンデンサー(面積S,距離d、表面の電荷密度qで帯電している)に誘電体をきっちりいれるとき、誘電体が 分極の強さPで誘起されるとき、このコンデンサーの静電容量を求めよ。(ただし両極板は何もつながれていないし、真空の場合の静電容量C。=ε。*S/dは使ってよい) という問題を考えているのですが、 コンデンサーの間の電場は、極板から電気力線がqS本でていたのが誘電分極で誘起された分pSの分だけ減って、 結局qS-pS本が極板から極板にでているので、 両極板の電位差はqS-pS本の電気力線が出ている場合の真空中のコンデンサーの両極版の電位差と等しいのでこれをVとおくと V=d(q-p)/ε。 よって帯電している電荷はqsで保存しているので 求める静電容量Cは C=qS/V=ε。S(q-P)/dと考えたのですが、 何か違うような気がします。 どうか何が違うかご指摘ください

  • 電気系の問題です

    平行平板コンデンサーを考える。コンデンサー内にできる電界は一様とする。以下の手順でコン デンサーの静電容量を求める。極板間距離をd [ m ]、極板面積S [ m2 ]とし、極板には、それぞれ電 荷密度 ±s [ C / m2 ] の電荷を与えた。以下の問いに答えよ。 (a) コンデンサー内は真空とする。真空誘電率をe0とする。 (a-1) コンデンサー内にできる電界をガウスの定理を用いて求め、ベクトル表記せよ。 (a-2) 極板間の電位差を求めよ。 (a-3) コンデンサーの静電容量を求めよ。 (b) 極板間を誘電率 e の誘電体で満たした。(a-1)~(a-3)の手順でコンデンサーの静電容量を求めよ。 (c) 極板間の上半分を誘電率e1の誘電体、下半分を誘電率e2の誘電体で満たした。(a-1)~(a-3)の手順 でコンデンサーの静電容量を求めよ。 (d) 極板間の左半分を誘電率e1の誘電体、右半分を誘電率e2の誘電体で満たした。(a-1)~(a-3)の手順 でコンデンサーの静電容量を求めよ。ただし、誘電体を挿入したとき、極板内の総電荷量は変化 せず、左半分の領域では、電荷密度は±s1 [ C / m2 ]、右半分の領域では、電荷密度は±s2 [ C / m2 ] になったとする。また、このとき、s1とs2の比を理由とともに示せ。 ★解答がなくて困っている状態です><  解答のほかに途中式と簡単な解説を加えていただけると幸いです。

  • 電磁気学の問題、平衡平板電極間の問題について

    表題について 面積S[m^2]、間隔d(m)の 平衡平板電極間に電位差v0を与えたとき、次の問いに答えよ。 ただし、極板間には比誘電率εの誘電率が挿入されているとする。 (1)電極間の電界の強さE (2)電極に蓄えられる電荷量Q (3)静電容量C (4)極板間に蓄えられている静電エネルギー 解いてみたのですが、 (1)Q/(εS) (2)EεS (3)(εS)/d (4)(Q^2)d))/(2εS) 正直あまり自信がありません。正解でしょうか。 よろしくお願いいたします。

  • 電磁気 (静電容量)

    電磁気の静電容量に関する問題なのですが,解答がないため,答えがあっているかがわかりません。僕なりの解答と解答方法をのせているので,間違いがあれば教えてください。 極板の面積がS,間隔がdで,極板間が真空の平行板コンデンサがある。ここで,極板の端の影響を無視できるものとして,次の問いに答えなさい。ただし,真空の誘電率はε0とする。 (1)コンデンサの静電容量をS,d,ε0を用いて表せ。 C=ε0*S/d [F] (2)コンデンサに電荷Qが蓄えられている時,コンデンサに蓄えられる静電エネルギーをQ,S,d,ε0のうち必要なものを用いて表しなさい。 W1=1/2*C*V^2=1/2*Q^2/C =(dQ^2)/(2ε0*S) [J] (3)図のように,Qを一定に保ったまま,上側の極板をわずかな距離Δdだけ引き離すとする。このとき,コンデンサに蓄えられる静電エネルギーをQ,S,d,ε0のうち必要なものを用いて表しなさい。 上側の極板をわずかな距離Δdだけ引き離したときのコンデンサの静電容量は C=ε0*S/(d+Δd) よって,コンデンサに蓄えられる静電エネルギー W2=1/2*C*V^2=1/2*Q^2/C ={(d+Δd)Q^2}/{2ε0*S} [J] (4) (3) で上側の極板をΔdだけ引き離すのに力をQ,S,d,ε0のうち必要なものを用いて表しなさい。 上側の極板をわずかな距離Δdだけ引き離すのに必要なエネルギーは W2-W1={(d+Δd)Q^2}/{2ε0*S}-(dQ^2)/(2ε0*S)=(ΔdQ^2)/(2ε0*S) またΔdだけ引き離すのに必要なエネルギーは以下の式でも表わされるので, F*Δd=(ΔdQ^2)/(2ε0*S) よって,求める上側の極板をΔdだけ引き離すのに力Fは F=Q^2/(2ε0*S) [N]

  • 電磁気学について(1)

    問題が解けません。テストが月曜にあるので誰か知ってたら教えてください。   平行平板コンデンサー(面積S、間隔D)の2枚の極板の間の厚さがt、およびd-tの2種類の誘電体1、2を極板と平行に挿入する時、静電容量を計算せよ。ただし、誘電体1、2の誘電率をε1、ε2とし、極板の端の影響は無視せよ。また、誘電体1,2の界面に現れる電化密度を求めよ。 お願いします。

  • 高校 物理 平行板コンデンサーについて

    「平行板コンデンサーの電気容量は、極板面積Sに比例し、極板間隔dに反比例する。」というのを教科書で理論的に導かれているのですが、その中で「電圧をV[v]加えてQ[c]の電気量を蓄え、クーロンの法則の比例定数をK[N*m2/c2]としたとき、極板間の電気力線の本数は4πkQ[本]である。」となっているのですがそこがよくわかりません。確かにQ[c]の点電荷があるときにQ[c]の点電荷を中心とした半径rの球面全体を貫く電気力線の本数が4πkQ本となるのは理解できるのですが、どうして球ではなく平行な板状のコンデンサーにおいても同じ事が言えるのでしょうか? また、この後に4πkQを極板面積Sで割り、電界の強さEを求めていることから極板面積にかかわらずQ[c]の電気量を蓄えたコンデンサーには4πkQ本の電機力線がある、となると考えられるのですが正しいでしょうか? ちなみに教科書は啓林館出版の「高等高校 物理II」です。

  • 電磁気学の問題が分からなくて困っています。

    電験に向けて電磁気学を勉強しているのですが、いまいち解き方がわからない問題があるので教えてください。 1.真空中に置かれている半径aの導体球に電化Qを与えたとき、導体球内外の電界の大きさEと導体球内外の電位Vを求めよ。 2.面積S,間隔dの平行平板電極間に電位差Vを与えたとき、以下を求めよ。ただし極板間には比誘電率εの誘電体が挿入されているものとする。 (1)電極間の電界の強さE,(2)電極に蓄えられる電荷量Q,(3)静電容量C,極板間に蓄えられている静電エネルギー よろしくお願いします。

  • 電磁気 静電容量

    平行板コンデンサにかんする問題です。平行板コンデンサの極板間の電界は一様と考える。極板間は真空とし、真空の誘電率はε0とする。 (1)図のように平行板コンデンサの極板間に厚さtの金属板を挿入した。このときの平行板コンデンサの電気容量を求めなさい。 僕の考え方としては間隔d1のコンデンサC1と間隔d2のコンデンサが直列に接続されていると考えてから平行板コンデンサの電気容量を求めると思うのですがあっていますか?以下に計算方法を示します。 C1=ε0S/d1, C2=ε0S/d2 よって1/C=1/C1+1/C2 → C=C1C2/(C1+C2) C=ε0S/(d1+d2) [F] この考え方であっているかの確認をしたいのですが,よろしくお願いします。

  • 電気容量

    電気容量C、極板の大きさl、間隔dのコンデンサーに、厚さ2d/3の導体板をxまで入れたときの容量を求めよ 間隔d、極板の大きさl-xのコンデンサーと、間隔d/3、極板の大きさlのコンデンサーを繋げたものと考え、その2つの容量を足せばよいということで、 C=εS/d(Sは導体板を入れる前のコンデンサーの面積、εは誘電率)として 答えはC2=3xC/lとなっているのですが、 私の計算だと S=dl、S2(間隔d/3、極板の大きさlのコンデンサーの面積)=dx/3だから yS2=Sとすると、y(dx/3)=dl、y=3l/xなので 3lS2/x=S、S2=Sx/3lとなり C2=εS2/(d/3)だから C2=(εSx/3l)/(d/3)=εSx/dl=xC/l となります なにが間違いなのでしょうか

  • 電検3種の極板の電界の問題がわかりません。

    電検3種の極板の電界の問題がわかりません。 H25問1では、 「極板の電界は間隔d、電圧Vのみに依存し、誘電率εに依存しない」とあります。 しかし、H18問2では、 「極板の電界が、誘電率εに依存しています」←誘電率εを極板の中で変化させています。 どういう事ですか?これじゃ問題が普遍的に解けないじゃないですか? E=Q/(εS)ですよね?(Q:電荷、S:面積) 誘電率εに依存してるじゃないですか? 一方、E=V/d(V:電圧、d:極板の距離)というのも知っています。どういう事ですか?