今回は、コンデンサの種類について解説していきます。

コンデンサには、歴史や用途によってさまざまな種類がある。コンデンサの構造から、その理由や種類の違いについて説明していきます。生活で目にする機会は少ないコンデンサですが、実はいろんなところで使われているということを知ると、面白くなる。

高校、大学、大学院と電気を専攻しているライターさとるめしと一緒に解説していきます。

ライター/さとるめし

工業高校電気科卒、大学、大学院と電気工学を専攻している現役大学院生。「電気はよくわからない…」と言う友人や知人に、どうすればわかりやすく電気について理解してもらえるか、日々考えながら過ごしている。

コンデンサってなんだっけ?

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そもそも、コンデンサとは一体どんなものなのかわかりますか?たしか2枚の板があって…と、漠然とした記憶しかない方もいるかもしれないので、コンデンサが何なのかを簡単に説明していきます。

1. コンデンサとは

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コンデンサは、別名キャパシターとも呼ばれています。英語のcapacitorで、元はcapacity(容量)という意味です。コンデンサは、容量を持つ何かということになりますね。では、どんな容量を持っているのでしょうか。

コンデンサの容量は別名電気容量と呼ばれており、電気を蓄える容量を持っています。電気を蓄えられると、実はいろんないいことがあるのです。例えば、充電。コンデンサが電気を蓄えるという特徴は、スマートフォンやパソコンの充電器と似ていますね。

電気とは?

電気とは、電荷と呼ばれる小さな粒子が集まったかたまりのようなものです。このかたまりが線を伝って流れていくことで、家の電気がついたりテレビが観られるようになります。

2. コンデンサの仕組み

2. コンデンサの仕組み

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では、どんな仕組みでコンデンサに電気が蓄えられるのか、考えていきます。

コンデンサは、二つの導体(電気を通す物体)に電荷を与えると電気を蓄えるという仕組みです。電気容量Cの単位はF(ファラド)で、画像上のような電圧から求める方法があります。また、電圧Vや電荷Qがわからない場合には下のような式で求める場合もあり、こちらの方がわかりやすいかもしれません。

電気容量は、2つの導体の距離や導体の面積によって決まります。また、導電率εによって電気容量が大きく変わってくるため、コンデンサはこれらの値の大きさを調整する必要があるのです。

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コンデンサの形から種類をみる

コンデンサについてなんとなくわかったところで、早速どんな種類があるのか見ていきましょう。

まずは、コンデンサの形による種類の違いです。物理の勉強をしていると、コンデンサには平行板・球形・円筒の3つの形が出てくることが多いかもしれません。それぞれの特徴について、説明していきます。

1. 平行板キャパシタ(コンデンサ)

1. 平行板キャパシタ(コンデンサ)

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最も一般的で有名なのが、この平行板キャパシタ(コンデンサ)です。2枚の導体があり、それぞれプラスとマイナスを帯びています。この2枚の板の間に電荷が貯まることで、電気を蓄えられるのです。

画像の式のように、平行板のコンデンサは平行板の面積、そして板の距離によって蓄えられる電荷が変わります。ここで最も重要になってくるのが、誘電率ε(イプシロン)です。εは使用する導体の種類によって変わってくるため、いかに大きな電気容量を得るかは、ここが大きなポイントとなります。

 

2. 球形キャパシタ(コンデンサ)

2. 球形キャパシタ(コンデンサ)

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球形キャパシタは、実際のコンデンサではほぼ見かけないものです。しかし、コンデンサという存在が出来たばかりの頃には存在していた形のコンデンサで、実用的ではありませんが歴史的な価値のあるコンデンサといえます。

球形のコンデンサは、外の球形(半径a)の導体と、中にもう一つの球形(半径b)導体が存在することで、電気を蓄えられるようになるのです。外と中の導体の距離や、導体それぞれの半径によって電気容量が変化するため、計算が難しくなります。

3. 円筒キャパシタ(コンデンサ)

3. 円筒キャパシタ(コンデンサ)

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円筒の形をしたキャパシタは、今でも普及している形のコンデンサです。

球形のコンデンサと同様外の円筒と中の円筒が存在し、それぞれの面積や導体の距離によって電気容量が変化します。ただし、球形と比較して加工が容易なため、大量生産に向いていることから普及しているのです。

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コンデンサの仕組みから種類を見る

コンデンサの形には3種類あることがわかりました。しかし、実際に使用されているコンデンサはもっと多くの種類があります。それは、形が違うだけでなく、電気容量を大きくする材質が複数あるためです。実際にどんなものがあるのか、確認してみましょう。

1. 電解コンデンサ

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電解コンデンサは、電解質を使ったコンデンサのことです。電解質とは、何らかの別な素材に接触させることで電解質そのものが電気的な性質を持つ物で、この電解質と金属を極版とすることでより大きな電気容量を持つコンデンサになります。

非常に大きな電気容量を得られますが、電極に極性があるため使用に若干の注意が必要です。電解質と何の金属を使用するかでさらに特性が異なってきます。電気が電化製品に入ってくるときに、電気の量を調節する仕組みに使われることが多いです。

電気の量を調節?

実は、この言い方はあまり適切ではありません。もう少し詳しく説明すると、電気が電化製品に入ってくるときには電源以外の電気も混ざってしまうことがあります。これを雑音やノイズといい、このノイズを取り除く役割が電解コンデンサにはあるのです。

2. セラミックコンデンサ

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セラミックコンデンサは、その名の通りセラミックを使用したコンデンサです。セラミックは誘電率εが大きいため、電気容量を大きくするのに最適な材質といえます。また、熱に強いという特性もあり、電化製品にはもってこいのコンデンサです。

周波数特性が良いと言われており、具体的には電波を扱う機器(スマートフォンやラジオ)での使用が適しているとされます。

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コンデンサの種類は多くない

コンデンサの種類は、形そのものや電荷を貯める仕組みの違いによって、たくさんあります。

受験や勉強をする上では、平行板型・球形型・円筒型の3種類が大事となるでしょう。また、実際に存在するコンデンサの種類を二つ紹介しましたが、実際にはもっとたくさんの種類があります。様々な用途に合わせてコンデンサを選択する必要があるということを知ると、実はコンデンサが奥深い存在であることがわかりますね。

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物理理科電磁気学・光学・天文学

【物理】「コンデンサ」には「種類」がある!?理系大学院生が5分でわかりやすく解説

コンデンサの形から種類をみる

コンデンサについてなんとなくわかったところで、早速どんな種類があるのか見ていきましょう。

まずは、コンデンサの形による種類の違いです。物理の勉強をしていると、コンデンサには平行板・球形・円筒の3つの形が出てくることが多いかもしれません。それぞれの特徴について、説明していきます。

1. 平行板キャパシタ(コンデンサ)

1. 平行板キャパシタ(コンデンサ)

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最も一般的で有名なのが、この平行板キャパシタ(コンデンサ)です。2枚の導体があり、それぞれプラスとマイナスを帯びています。この2枚の板の間に電荷が貯まることで、電気を蓄えられるのです。

画像の式のように、平行板のコンデンサは平行板の面積、そして板の距離によって蓄えられる電荷が変わります。ここで最も重要になってくるのが、誘電率ε(イプシロン)です。εは使用する導体の種類によって変わってくるため、いかに大きな電気容量を得るかは、ここが大きなポイントとなります。

 

2. 球形キャパシタ(コンデンサ)

2. 球形キャパシタ(コンデンサ)

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球形キャパシタは、実際のコンデンサではほぼ見かけないものです。しかし、コンデンサという存在が出来たばかりの頃には存在していた形のコンデンサで、実用的ではありませんが歴史的な価値のあるコンデンサといえます。

球形のコンデンサは、外の球形(半径a)の導体と、中にもう一つの球形(半径b)導体が存在することで、電気を蓄えられるようになるのです。外と中の導体の距離や、導体それぞれの半径によって電気容量が変化するため、計算が難しくなります。

3. 円筒キャパシタ(コンデンサ)

3. 円筒キャパシタ(コンデンサ)

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円筒の形をしたキャパシタは、今でも普及している形のコンデンサです。

球形のコンデンサと同様外の円筒と中の円筒が存在し、それぞれの面積や導体の距離によって電気容量が変化します。ただし、球形と比較して加工が容易なため、大量生産に向いていることから普及しているのです。

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