コンデンサーを含む直流回路

これまで回路の問題といえば抵抗が主役でしたが,そろそろバリエーションを増やしていきましょう。

だいたい,抵抗に電流を流しても発熱するだけだから,抵抗ばかり何個もつないだ回路ってただのエネルギーの無駄遣いじゃねぇか

今回は,抵抗の他にコンデンサーが組み込まれている場合の回路について見ていきたいと思います! 

 

コンデンサー回路の原則

手元に問題集がある人はぜひコンデンサー回路の問題を眺めてみてください。

回路ではなくて,問題文に注目。

スイッチを入れた直後の◯◯を求めよ。」

十分時間が経過した後,◯◯はどうなっているか。」

という問題がやたら多くないですか?

多いどころか,よく見るとそれしかないことに気づくと思います。

「スイッチを入れて t[s]後に,回路に流れる電流は?」なんて問題は一題も見当たりませんよね?

 

もちろんこれは偶然ではなく,ちゃんと理由があります。

充電途中 or 放電途中の状態を計算するには,高校で習わない数学(微分方程式)を用いる必要があるので,どうしても出題できないのです。

つまり,高校物理のコンデンサーを含む回路に関して,「問題で問われるのは,電池をつないだ直後か,つないで十分時間が経過した後のどちらかしかない」ということが断言できます!

コンデンサーの回路を見て,「なんだか複雑そう…」とひるむ人が多いですが,むしろ逆。

2パターンしか問題がないのでめちゃくちゃ単純です。

(こういう「問題のパターン化」みたいなのは好みじゃないんですが,今回は例外。)

 

 

今回のまとめノート

その2パターンに対してコンデンサーがどう振る舞うか,まとめノートで確認しておきましょう。

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「導線とみなす」,「断線しているとみなす」という表現こそ初登場ですが,内容はすでに学習済みですよ!

「充電開始直後は電流が流れる」,「充電完了後は電流が流れなくなる」と聞いて,ピンとこない人は基本が足りていない証拠ですので,過去記事で復習してください。 

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例題

 では,最後に例題を解いて理解を深めておきましょう。

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まとめノートに書いたことをヒントに,まずは自力で考えてみてください。

答えはこの下にあるので,解き終わったらスクロールして答え合わせしてみましょう。

 

解答 ↓

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この例題は初級レベルですが,もう少しレベルアップした問題になると,コンデンサーの基本式や,誘電体が絡んできたりします。

よい練習になると思うので,そういった問題にもぜひチャレンジしてみてください!

次回予告

直流におけるコンデンサーの基本事項はこれですべて説明し終えたので,次回からまた別の電気部品の話題に入りましょう!

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