コンデンサの電圧、電流、電荷の関係

図のようなコンデンサ回路の電圧と電流と電荷の関係は、理解するのが意外と難しいものです。そこで、ここではコンデンサに充電される様子を、考えてみたいと思います。

コンデンサに充電電流が流れる場合

コンデンサの充電電流が一定の時

コンデンサに10Aの一定電流で、充電された時の電荷　$q$　と電圧　$v$　の変化を、示したものが下図(a) になります。
電荷　$q$　と電流　$i$　には　$q=it$　の関係があります。

また、コンデンサの静電容量C を 2[F] とすると
$q=Cv$　から　$v=\cfrac{q}{C}=\cfrac{1}{2}q=0.5q$　になる。

• 2秒の時点で、電荷は20クーロン、電圧は10Vになります。
• 4秒の時点で、電荷は40クーロン、電圧は20Vになります。

コンデンサの充電電流が変化する時

コンデンサの充電電流が変化する時の様子を示したのが上図(b) になります。

• 0-2秒間は、(a)と同じです。

  2秒の時点で、電荷は20クーロン、電圧は10Vになります。

• 2-3秒間は、電流が2倍の20Aになります。

  3秒の時点で、電荷は40クーロン、電圧は20Vになります。

• 3-4秒間は、電流がゼロになります。

  4秒の時点で、電荷は40クーロン、電圧は20Vになります。

●コンデンサに蓄えられる電荷と、電圧は比例しています