平行平板電極の静電容量 解答

正解:(3)

解説:平行平板コンデンサの静電容量は電極面積と誘電率に比例し、距離に反比例する。

感覚的には同じ電圧が印加されても面積が大きいコンデンサの方にたくさん電荷が蓄積されるイメージが湧くと思うが、それがつまり静電容量が大きいということである。

また、平行平板を近づけると、正電荷と負電荷がお互いにより引き合い易くなるため、電荷が集まりやすい、つまり静電容量が大きくなる。
別の視点で考えると、V[V]=E[V/m]×L[m]であり、一様な電荷の中で、電圧は距離に比例するので、同じ電圧で距離が縮まると、電界がその分大きくならなければならない。電界が大きいということは電気力線が多くなる、つまり電荷量が多くなるということである。

次に誘電体とは絶縁体のことであり、金属のように電気を通すわけではないが、電荷が近づいてくると、絶縁体内の分子(分子は中心にある陽子+を含む原子核と、それを取り巻く電子-で構成されている)のうち、原子核(陽子+)が平行平板の―極に引き寄せられ、また、分子内の電子が平行平板の+極に引き寄せられ、誘電体内で電荷の偏りが発生する。これを誘電分極と呼び、誘電分極により今度は平行平板側にも追加で電荷が引き寄せられるため、誘電体により平行平板の静電容量が増えたという流れである。

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