コンデンサの両端電圧

質問

コンデンサを複数直列に接続して電圧をかけた時、1個のコンデンサの両端電圧がＶ＝Ｑ／Ｃになるのは分かるのですが、実験してみた所、電源電圧を入れると、1個のコンデンサの両端電圧はすぐに上昇し、最大値を示した後段々下がりました。
これはコンデンサの充放電と何か関係があるのでしょうか？

回答No.3

a987654 · ベストアンサー

ｎｏ２です。
＞コンデンサの容量はすべて違います。
ということから、前回のａ．が正解です。
また、コンデンサの個数ですがまずは、２個のコンデンサで実験して、
その後、数を増やして考えるのが、簡単です。

少しだけ補足しておきます。

　理想電源（内部抵抗零）と理想コンデンサの組み合わせにおいては
質問者さんの言われているようなことは起こりません。
（無限大の電流が流れて全てのコンデンサが瞬間的に充電されます。）

　現実の世界ではそのようなことはあり得ず、どのような電源にも
内部抵抗があり、これによりコンデンサへの瞬間的な充電は不可能です。
コンデンサの充電時間は、電源及び回路の内部抵抗Ｒと容量Ｃにより
ｔ＝Ｃ・Ｒ（これを時定数といい単位は秒）で定まります。

　この式から、1μＦのコンデンサへの充電時間が１ｍｓの電源回路で
1000μＦのコンデンサを充電する場合は、１秒かかることになります。
正確には、コンデンサの過渡現象と微分方程式のラプラス変換を勉強
しないと解らない事なのですが、簡易的にはこのようになります。

例えば上記の１μＦ、１０００μＦを直列に接続して放電状態にした後、
同じ電源に接続すると、
　１ｍｓ後：１μＦは充電が完了して両端には、999/1000の電圧がかかる
　　　　　　1000μＦは1/1000の充電しかできておらず1/1000の電圧に
　　　　　　なっている。

　１秒後　：1000μＦは充電が完了し999/1000の電圧がかかり
　　　　　　1μＦは1/1000の電圧になる。（分圧であり放電ではない）

という状態になります。
この現象は容量差が大きいほど顕著に表れ、複数のコンデンサの場合は
両端電圧はその容量の小さい順に最初にが高く、時間につれて下がります。

お礼

なるほど！良く理解できました。
とても詳しい説明、本当にありがとうございました。

回答No.2

a987654

少し説明が不足しているように思います。
１．コンデンサの容量は全て同じですか、また容量値は？
２．＞1個のコンデンサの両端電圧はすぐに上昇し、最大値を示した後
　　　段々下がりました。
　　どの程度の内部抵抗の電圧計で電圧を測ったのでしょうか？
　　他のコンデンサとの時間的な差はどの程度なのでしょうか？

以上のことが判ればもう少し、わかりやすい説明ができるのですが、
想定できる範囲で下記いたします。

　ａ．容量の異なるコンデンサの場合、当たり前の話で最小容量の
　　　コンデンサで言われているような現象になります。
　　　細かい説明は省きますが、過渡現象においてそのような結果になります。

　ｂ．全てが同じ容量の場合、他と挙動の異なるコンデンサは容量抜け
　　　しています。（結果はａ．と同じになる。）

補足

回答ありがとうございます。
説明の補足をさせていただきますね。
複数のコンデンサの容量はすべて違います。
内部抵抗等は記載がなく不明なのですが、『1個のコンデンサの両端電圧』というのはそのうちの1個ではなく、夫々1個1個の両端電圧、という意味です。
直列でつないだコンデンサ全てにおいて、個々の両端電圧を測定した時に同様の現象が起きました。

＞最小容量のコンデンサで言われているような現象
のくだりがよく理解出来ないのですが、もう少し説明お願い出来ませんか・・？

過渡現象はコンデンサのみでも起こるものなのでしょうか・・。
コンデンサの充電現象によって下がるのかと最初考えたのですが、それだと最初に瞬時で上昇するのが理解できずに質問しました。

宜しくお願いします。

回答No.1

myeyesonly

こんにちは。おおいにありますよ。

理想的なコンデンサなら最初からそうなりますが、実在するコンデンサでは、漏れ電流があったり、内部抵抗があったり、放電予効という一気に電流が流れない現象などがあったりします。
これらのばらつきで分担電圧が一時的に変わってしまいますので、直列接続でも、コンデンサの耐電圧は、その回路の電源電圧から決めます。

補足

早々の回答、ありがとうございます。
ですが、耐電圧が知りたいのではなく、何故両端電圧はすぐに現象を示すか、が知りたいのです。
内部抵抗等は多分両端電圧の計測値が実際よりも小さい原因にあたると思うので・・・多分違うのではないかと考えるのですが、当方の理解不足でしたらもう少し詳しい説明をお願いできませんか・・？