質問: コンデンサのエネルギーについて 度々質問して申し訳ありません。 コンデンサ(蓄電器)に貯まる電気エネルギーの 考え方について質問致します。 例えば、1[f]のコンデンサに1[c]の電荷が貯まって いたとします。q=cv、w=1/2・cv2より、 w1=0.5[j]となります。 そこに、初期電荷0[c]の1[f]のコンデンサを、 上記コンデンサに並列に接続した場合、合成静電容量は 2[f]、二つのコンデンサを合わせた総合電荷量は 1[q]となるので、二つのコンデンサに貯まっている エネルギーの総量w2=0.25[j]となります。 つまり、w1>w2となり、w1-w2=0.25[j]は 何処に行ってしまったのでしょうか? このことは、誘電損が無い理想コンデンサを考えたとしても、 コンデンサに蓄えたエネルギーは全て完全に取り出せない ようにも思えてしまうのですが...。 素人ながら考えると、 上記エネルギーの差、w1-w2は電束の時間的変化として、 空間に放出(電磁波)されてしまうのか?とも思っています。 しかし、現実的な電子部品としてコンデンサを考えた場合、 遮蔽構造になっていて、空間中にエネルギーを放出できる 構造にはなっていないので、上記実験をすると、どういう ことになるか想像がつきません。 以上の件について、アドバイスを頂けると幸いです。
回答: #9さんの見事な回答を拝見して、自分の見落としに気づきました。 その通りですね。 平板が2倍に伸びた直後、まだ電荷の移動が行なわれる前では、延びた部分の平板対向部分の電圧・電界がゼロですから、電圧が平均化されますね。 cが2倍になって、vが半分になります。 q=cv エネルギーは、(2分の1)×cv^2 cが2倍で、vが半減すると、当初のエネルギーの半分。 結果だけで言えば、半減ということでは、たまたま一致したことになりますか。 ですけど、たまたまではダメですよね。m(_ _)m >>>>> 電子(電気)部品としてのコンデンサは、 構造上、ご指摘の電磁波を閉じ込める構造(遮蔽) しないと、電源側からコンデンサを見た時に (電源とコンデンサを接続した回路を考えると) エネルギー損失がある部品となってしまう ことになりますでしょうか? つまり、実用部品としてのコンデンサには シールド構造は必要不可欠ということでしょうか? 私自身の薄っぺらな経験から言いますと、実用上、このような回路はを見たことも使ったこともないです。 つまり、コンデンサが他のコンデンサとだけ接続され、それ以外の部品・素子(抵抗、トランジスタ等々)とは全く接続されていない状況に遭遇したことがないんです。 敢えて類似の例を挙げますと、 ・dramのメモリーセル(1ビットを記憶するもの) ・tft液晶の画素も、実はdramと殆ど同じ でしょうか。 上記の例は、コンデンサの一端がgnd、他方の端がスイッチ(=mosトランジスタ)に接続している状況です。 自分のセルが書き換えされる、1周期に1回の一瞬だけスイッチがon。 そのほかの待機時間はスイッチをoffし続けて、コンデンサに充電された電荷を保持します。 コンデンサーだけという意味で、思いつくとすれば、 サイエンスプロデューサー米村でんじろう先生の、静電気を溜めるパフォーマンスですかね。 充電開始からパフォーマンスを始める直前までが、コンデンサがフローティングになってますから。 >>>>> 上記の、シールド構造の理論が合っているとすれば、 閉じ込められた、電磁エネルギーを回収している からこそ、それではじめて、 「コンデンサは損失がない部品」(誘電損は別とて) ということが言えるのでしょうか? これも、やはり私の経験の範囲では関係ありません。 電気的エネルギーの損失は、抵抗器の抵抗、および、トランジスタのon抵抗で消費されて熱に変わる要因がほとんどですから。 ところで、 電磁波のエネルギーを閉じ込める技術って、昔から身近にありますよね? お湯を入れておくポットです。