【STEP5-7】コンデンサの交流回路｜電流が進む理由と容量性リアクタンス

Lesson7　コンデンサの交流回路｜電流が進む理由と容量性リアクタンス

コンデンサはSTEP3で、電荷をためる部品として学びました。交流ではためる・放すをくり返すため、電圧と電流の順番がコイルと反対になります。

交流で止まりやすいのは、コイルとコンデンサの進み・遅れ、周波数への反応を逆に覚えることです。

今日のゴール

コンデンサで電流が進む理由を充放電から説明し、XCの増減を予想できるようになる。

まず、現象を言葉で読む

純コンデンサでは、電圧を変えるために先に電荷を出し入れする必要があるため、電流は電圧より90°進みます。交流を流れにくくする容量性リアクタンスXCは、周波数と静電容量に反比例します。周波数が高いほど短い時間で充放電が切り替わり、電流が流れやすくなります。

• 電流が先、電圧が後と書く
• fとCはXCを小さくする側と確認する
• μFを10⁻⁶ Fへ変換してから式へ入れる

ここでは、次の図で何が先に起き、何が後から変わるのかを見ます。

電圧を変える前に、電荷を出し入れする

コンデンサの電圧を変えるには、まず極板へ電荷を出し入れします。電流は電荷の移動なので、電圧が大きく変わるより先に流れます。これが「電流が90°進む」と言う理由です。

図を見たら、公式へ進む前に自分の言葉で一度説明してみてください。

公式は、図の関係を短く書いたもの

XC は f と C が大きいほど小さくなります。速く切り替わる交流ほど、また大きくためられるコンデンサほど、同じ電圧で電流が流れやすくなります。

小さな数字で確認する

50 Hz、100 μFなら XC は約31.8 Ωです。Cを2倍にすれば XC は半分。同じ電圧なら電流は2倍になります。μFをFへ直すのを先に済ませます。

数字を入れた後も、最初に予想した向きや増減と合うかを確かめます。

電験3種での読み方

1. 電流が先、電圧が後と書く
2. fとCはXCを小さくする側と確認する
3. μFを10⁻⁶ Fへ変換してから式へ入れる

まとめ

LとCは、位相も周波数への反応も反対です。次は二つを抵抗と一緒にベクトルでまとめます。

次はLesson8「RLC直列回路」です。