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コンデンサー ジュール熱
Quarksの回答
- Quarks
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電源(電池)を、"電荷を送り出す「仕事」をする装置"として考えるのです。 電源の端子電圧がＶ[V]のとき、この電源が電荷ｑ[C]を送り出したとします(イメージとしては＋極から電子を吸いこみ、－側から送り出しています)。 このとき、電源がした仕事Ｗは Ｗ＝ｑ・Ｖ[J] となります※。 コンデンサーに蓄えられる電荷Ｑ[C]は、電源が送り出したものですから、コンデンサーが充電される過程で、電源は Ｗ＝Ｑ・Ｖ[J] の仕事をしたことになります。 仕事をされた物体は、その仕事の分だけ運動エネルギーを得るはずですから、送り出された電荷は運動エネルギーをＷ[J]持っていたはずです。が、本問では、充電が完了した後、電荷はコンデンサーの極板に"静止"していますから、充電の過程で、その運動エネルギーは別のエネルギーに変換されているはずです。 １つはもちろん、コンデンサーの静電エネルギー Ｕ＝(1/2)Ｑ・Ｖ そしてさらに、電荷が回路を流れるときに抵抗を通過するため、その過程で熱エネルギー(ジュール熱)が発生しています。 エネルギーの保存則から 回路の抵抗で発生する熱エネルギー＝Ｗ－Ｕ となるでしょう。 ※電源電圧と同じ電位差にある空間の２点Ｏ，Ｐを考えます。電位は、ＰがＯよりＶ[V]高いとします。いま。＋ｑ[C]の電荷をＰに置いて、そっと離したとします。電荷はＯに向かって静電気力を受けて加速します。電場が仕事をしたわけです。 電位差Ｖ[V]とは、単位電荷が電位差に従って移動する時、単位電荷に対してＶ[J]の仕事をする電位差のことですから 電荷が受けた仕事＝電場がした仕事＝ｑ・Ｖ[J] 電源から電荷が送り出されるときも、同じ考え方を使えるはずです。
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