コンデンサと静電容量

一定距離離れた 2 つの導電体で構成され、電荷を蓄積するために使用されるデバイスはコンデンサと呼ばれます。 導体間の空間は真空か、誘電体と呼ばれる絶縁材料です。 コンデンサには、無線受信による静電気のフィルタリングから心臓除細動器のエネルギー貯蔵まで、さまざまな用途があります。

導体が 2 つの同一の平行板である場合、それは平行板コンデンサと呼ばれます。 バッテリー端子が最初は充電されていないコンデンサに接続されると、バッテリーの電位によって大きさQの電荷が正極板から負極板に移動します。 コンデンサは全体的に中性のままですが、電荷 +Q と −Q は反対側のプレートに存在します。 平行平板間の空間の電場の大きさは、一方の平板の表面電荷密度に正比例します。 表面電荷密度は単位表面積あたりの電荷であるため、電場の大きさは電荷に正比例します。

コンデンサの静電容量は、コンデンサに蓄積できる最大電荷とそのプレート間に印加された電圧の比として定義されます。 静電容量の SI 単位はファラド (F) で、マイケル ファラデーにちなんで命名されました。 静電容量は単位電圧あたりの電荷であるため、1 ファラッドは 1 ボルトあたり 1 クーロンとなります。

平行平板コンデンサの場合、プレートの面積が増えると蓄積できる電荷の量が増加し、それによってプレートの面積が大きくなると静電容量が増加します。 同様に、プレートが互いに近づくほど、プレート上の反対の電荷の吸引力が大きくなります。 したがって、プレート間の距離が小さいほど静電容量は大きくなります。