5.オームの法則と静電容量｜電気電子の基礎講座

みなさんこんにちは！

計測に必要な電気・電子の基礎講座へようこそ。

今回は、前回の続きです。

オームの法則と静電容量についてお話します。

章の最後に前回からのまとめがあります。

それでは、始めましょう。

オームの法則

電子が動いている状態ではオームの法則を使用します。

オームの法則はご存じの方も多いとは思いますが、

電圧Ｅ[V] ＝電流Ｉ[A]×抵抗Ｒ[Ω]で、電流と電圧と抵抗の関係性を表したものです。

電圧は記号ＥまたはＶで表すことが多く、単位はV（ボルト）です。

電位差と表記されることもあります。

電流は記号Ｉで表すことが多く、単位はA（アンペア）です。

抵抗は電流の流れにくさを示します。一般的に記号Ｒで表し、単位はΩ（オーム）です。

抵抗の値は物質の種類や厚さによって変動し、0～∞の範囲で必ず存在します。

余談ですが、乾燥している人間の皮膚には電圧が100Vの時、約5000Ω程度の抵抗があるそうです。

抵抗器の回路記号は昔はギザギザした記号でしたが、最近は長方形のものに変わっています。

ちなみに負の抵抗は存在せず、0Ωの抵抗は今のところ超電導しかありません。

さて、先ほどの式を参考にすると、例えば電流Ｉが２Aのとき、抵抗Ｒが３Ωであれば、抵抗の前後には６Vの電位差があらわれます。

もしも電流が0Aならば、抵抗が３Ωでも１００Ωでも電位差は0Vです。

しかし、電流が0Aということは、電子の動きがとまっているということです。

章の最初で、「電子が動いている状態ではオームの法則を使用します。」といいましたが、0Aだけはオームの法則は意味がありません。

オームの法則は、電流と電圧の関係を表すことができる大変便利な公式です。

静電容量

静電容量の公式について説明します。

電子の動きがとまっている現象では静電容量の公式を使います。

電荷Ｑ[C]＝静電容量Ｃ[F]×電圧Ｅ[V]です。

静電容量とは電荷の溜めやすさを示します。一般的に記号Ｃで表し、単位はF（ファラッド）です。

静電容量は物質の種類と大きさに依存し、ほぼ0から1000前後の範囲で必ず存在します。

コンデンサの回路記号は、並行平板コンデンサを形にしたものです。

無極性タイプと有極性タイプは少し記号が異なります。

電荷は記号Ｑで表すことが多く、単位はC（クーロン）です。

静電容量のCと同じものが登場して少しややこしいですが、頑張って覚えてください。

さて、先ほどの式を参考に、例えば２Fのコンデンサに電位差が３Vあれば、電荷は６Cです。

もしこの電荷のまま、静電容量が１Fになったら、電位差は６Vになります。

ではもし静電容量が0Fだったら？　電位差は無限大になってしまいます。

しかし、現実の帯電物には面積があるので、0Fということはありえません。

よって、負、および0の静電容量は存在しないのです。

総合すると、「静電容量や電位差が大きくなるほど電荷は溜まりやすい」と言えます。

静電容量の公式は電子と電圧の関係を表すことができる、ちょっと便利な公式です。

まとめ

前回から二回に分けて、電子と電流と電圧の関係を解説しました。

以下に覚えてほしいことをまとめます。

1.電子と電流の関係

電子は電荷を持ち、電荷が移動していることを電流と言います。

2.電流と電圧の関係

オームの法則、Ｅ＝ＩＲにより抵抗に流れる電流と電圧の関係を表します。

3.電子と電圧の関係

静電容量の公式、Ｑ＝ＣＥにより静電容量に溜まっている電荷と電圧の関係を表します。

これら３つを使えば電子と電流と電圧の関係を明らかにできます。

補足です。

現実世界では基本的にどんな物質にも、抵抗と静電容量が存在します。

つまり現実の物質には、抵抗とコンデンサが並列に存在すると思ってください。

回路理論では電池や電源は電圧源、または電流源と捉えてください。　

どちらも仮想的なものですが計算を簡素化できます。

最後に

オームの法則や静電容量の公式は、くもわ、や、きはじ、で解くのをやめましょう。

くもわ、きはじ、などの覚え方は式の意味を理解せずにテストで点を取る手法です。

計測をおこなうエンジニアの皆さんは、式の意味をきちんと理解して計算するように心がけてください。

それでは、また次回の講座でお会いしましょう。