【基礎から学ぶコンデンサ】コンデンサの静電エネルギー

“コンデンサ”という部品は、電気製品なら必須レベルで多用されています。
電気を蓄えたり放出したり、ノイズ成分を吸収したり、何かと便利だからです。
本記事では、そんなコンデンサという部品についての知識をわかりやすくまとめてみました。

今回は、「コンデンサの静電エネルギー」についての説明です。

静電エネルギー

コンデンサには導体板の間に電気エネルギーを蓄える作用があり、これを静電エネルギーと呼ぶ。
静電エネルギーW[J]は、静電容量C[F]に比例し、電圧V[V]の2乗に比例する。

単位体積(1m³)当たりの静電エネルギー

単位体積(1m³)当たりの静電エネルギーw[J/m³]は、誘電率ε[F/m]に比例し、電界の強さE[V/m]の2乗に比例する。

図1のように平行板コンデンサに直流電源が印加されているとします。

コンデンサには導体板の間に電気エネルギーを蓄える作用があり、これを静電エネルギーと呼びます。
静電エネルギーの量記号はW、単位は[J]です。
静電エネルギーの大きさW[J]は以下のようになります。

静電エネルギーW[J]は、静電容量C[F]に比例し、電圧V[V]の2乗に比例します。
式を変形すれば電荷Q[C]に比例することもわかりますね。

コンデンサは電荷を蓄えることができます。
この“電荷を蓄える”という作用が充電で、蓄えた電荷を吐き出すのが放電です。
つまり、コンデンサの作用は電荷が多ければ多いほど活発になります。
だから、電荷が多いほどコンデンサの持つエネルギー量が大きくなるのです。

単位体積(1m³)当たりの静電エネルギーについて考えます。
単位体積(1m³)当たりの静電エネルギーの量記号はw、単位は[J/m³ジュール毎立方メートル]です。

導体板の面積S[m²]と導体板間の距離d[m]の積がコンデンサの導体板間の体積なので、単位体積(1m³)当たりの静電エネルギーw[J/m³]は以下のようになります。

単位体積(1m³)当たりの静電エネルギーw[J/m³]は、誘電率ε[F/m]に比例し、電界の強さE[V/m]の2乗に比例します。

以上、「コンデンサの静電エネルギー」についての説明でした。