コンデンサ

【コンデンサ】片側だけに電圧を印可(帯電していない方を接地した場合)

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①初期状態
初期状態02
コンデンサの状態を模擬するために、まず、2つの導体(金属板)に誘電体(絶縁体)を挟みます。この状態では、2つの導体の電位はゼロなので、電位差もゼロの状態です。

②導体Aに電圧を印可したとき
導体Aに電圧を印可したとき
導体Bを接地せずに浮いた状態にして、導体Aに電圧を印可します(例:電圧源の電圧値1000V)。この場合、導体Aの電位は電圧源と同じになります。一方、導体Bに誘起する電位は導体Aと同じ電位ではなく、誘電分極によって生じた電場によって減少します(V=Edの誘電分極による電位の減少)。
この状態で導体Aから電圧源を取り外しても、導体Aはプラス電荷の逃げ道がないため、1000Vを維持します。
*実際は・・・このまま放置すると、導体Bのプラス電荷は空気中等に逃げていきます。その結果、導体Bの電位は減少します。コンデンサの極板間の電位差は一定なので、導体Aの電位も減少します。

③導体Bを接地したとき
導体Bを接地したとき
この状態で導体BのみGNDに接続した場合はどのようになるでしょうか。これは帯電させた方(導体A)と逆の方(導体B)の電荷をなくそうということです。導体Bを接地すると、導体Bにあるプラスの電荷がGNDに流れ、電位はゼロになります。マイナス電荷は導体Aのプラス電荷と引力を生じているため流れません。なお、コンデンサの電位差は一定のため、導体Aの電位は200Vとなります。
*実際は・・・このまま放置すると、導体Aのプラス電荷が空気中のマイナス電荷と徐々に結合し、導体Aの電位がゼロに近づいていきます。コンデンサの電位差は一定なので、導体Bの電位は徐々にマイナスになります。

④導体Aを接地したとき
導体Aを接地したとき
次に導体Aを接地します。導体Aを接地することで、導体Aの電位が確定します(0Vになります)。この時、プラスの電荷とマイナスの電荷は引力を生じているため、GNDにはプラスの電荷は流れません。コンデンサの電位差は一定のため、導体Bの電位は-200Vとなります。

⑤導体Bを再び接地したとき
導体Bを接地したとき2
再び、導体Bを接地します。導体B接地することで、導体Bの電位が確定します(0Vになります)。この時も同じく、プラスの電荷とマイナスの電荷は引力を生じているため、GNDにはマイナスの電荷は流れません。コンデンサの電位差は一定のため、導体Aの電位は+200Vとなります。

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