生徒美襲三こ才易〆デ勇一サー 【1】目白勺 コンデンサーの充・放電を観察し、コンデンサーの電気的特性を測定して、電 気容量や静電エネルギーへの理解を深める。 【2】原理 コンデンサーは2枚の金属板（極板）を不導体（誘電体）で絶縁し、それぞれ の極板を正負に帯電させて、電荷を蓄える装置である。コンデンサーに蓄えられ る電気量Qと、極板間の電圧をvは比例し、 Q=cv･･…･(1) の関係が成り立つ。これをコンデンサーの式という。比例定数Cはコンデンサー の電気容量と呼ばれ、コンデンサーの電気的特性を代表する数値である。1[V] の電圧で1[C]の電気量を蓄えるコンデンサーの電気容量を1[F](ファラッド） と定める。一般に用いられるコンデンサーの電気容量は大変小さいので、マイク ロファラッド["F]=10 G[F]，ピコファラッド[pF]=10 '2[F]という単位を用い ることも多い。 一定の電流I[A]でf秒間コンデンサーを充電すると、電気量Q[c]は Q=I#……② で与えられるから、式(1)より極板間電圧V[V]は時間fに比例して増すはずであ る。この電圧を測定し、式②により電気量を求めてQ−vグラフを作ればその傾 きから電気容量Cが求められる。 コンデンサーに蓄えられた電荷は、やがて放電されるときに仕事をすることが できる。すなわち、充電されたコンデンサーはエネルギーを蓄えていると言える。 このエネルギーを静電エネルギーという。その量U[J]は U=3cv'……(3) で与えられる。 【8】号号具 大容量コンデンサー(1F)、ゼネコン（手回し発電機）、直流電流計、デジ タルテスター（電圧計として使用）、ストップウオッチ（各自の時計を使用） -1- bOO"y1R 〒ツタル〒スター(電圧計） Vにす3＝ ニ一 ー ︽一 Wﾔﾙは 士鍼I耐 グ 壱 Zｲ､ツチは -黒 ノ 毫 嶽 ｽﾗｲド、 上に n端発 ' 使 う 砲宝薯蓼 ．＞〒ソナー 極性Iﾐ蕊』 ナー>− 鏡》十 ゼネコ坐 5 V以上Iこ しほいこ上 I必ず塒誉十回りl: 繩鑑冒塁悲と 4】f乍業 ①上図のように装置を配線する。使用するコンデンサーには極性があり、逆接続 すると破壊するので、正負を間違えないように注意して配線する。デジタルテ スターはダイヤルを「V」に合わせ、左上のオレンジ色のスライドスイッチを 上に上げる。端子は「-COM」が負極、「V」が正極である。電流計は500 [mA]の端子を使用する。 油特にゼネコンの配線に注意せよ。ゼネコンの出力プラグは赤し蝋迩上煙るよ う_に杢佳に差し込み重_△Z｣iルは必ず時計まわりに回丈。このとき赤い線の側 が正極である。逆回転しないこと。 ②コンデンサーの両極を一時的に導線で結び（短絡・ショート）、たまっている 電気量を0にする。 ③ゼネコンのハンドルを回し始めると同時にストップウオッチで計時を始める。 以後,10秒ごとにデジタルテスターで電圧を測定し、記録する。 棚電圧が旦皿を越えな処ように注意する。5[V]に達したらすぐにハンドルから 手を放すこと。使用するコンデンサーの耐電圧は5.5[V]である。 ④電流計の針に注目し、電流Iが電流計の一番下の目盛りで約50[mA]に保たれる ように調節しながら、ゼネコンのハンドルを一定の速さで回し続ける。ハンド ルの手ごたえと、電圧が上がるほど速く回さなければならない感触を確認する こと。 ⑤電圧が5[V]に達したらハンドルから手を放し、その時刻を記録する（計時は 継続）。手を放してもハンドルが回転し続け、電流計の針がマイナス側に振れ ることを確認する。最後に、ハンドルが回転しなくなる時刻を記録する。 ⑥電流Iを100[mA]，150[mA]として②∼⑤の作業をくり返す。 −2− 【5】考察 ①時間rを横軸に、電圧Vを縦軸にとり、8回の測定結果を1枚のV−fグラフ 上に整理せよ。電流Iが一定であることと、式②を考慮しながら、測定結果と 式(1)の関係を考察せよ。 ②式②から各時刻の電気量Qを計算し測定結果の表に記入せよ。（単位に注意。 電流は[A]に直す。）電圧Vを横軸に、電気量Qを縦軸にとって8回の測定結 果を一枚のQ-vグラフ上に整理せよ。測定点の分布の中心を通る直線を引く こと。 ③②のQ−Vグラフと式(1)との関係を考察し、コンデンサーの電気容量C[F]を 求めよ。 ④5[V]まで充電されたとき、コンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーは いくらだったか。 ⑤ゼネコンのハンドルを放してから、ハンドルが回転しなくなるまでの時間につ いて、8回の測定を比較し、静電エネルギーについて考察せよ。 損U定結果★電圧が5[V]になったらハンドルから手を放す。 時間f[s] I=50[mA] V[V] Q[c] I=100[mA] V[V] Q[c] 0 10 20 80 40 50 60 70 80 90 100 110 120 180 140 150 放した時刻 止まった時刻 回転時間[s] −3− I=150[mA] V[V] Q[c] １↑Ｉ︲↑ＩＦ︲↑ ＨｑＦ。“↑■↑︸↑ 占一一一 Ⅲ一声︷ ざ回卓 皿ｍｍｍｍｍｍ■四ｍｍ︲・一 ■ ■■ ■■■画■■ 記器、詔記記記器、蹄冊詔 ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■■ ■■■ Ｑ ■■■■■ ■ 州︲ず■■■■■■ /電圧 、 S[ v ]I ■■■■■■■■ ’一︲︲↑・↑峠 ０ ■■■■■■■■■ ■■■■国■■■■ ■■■■ 一 日 記 謡 ･ ･ ･ ･ ･ ﾛ ﾛ . 『 ． 罰 , , １一トト↓ｌ↓一 一’十 → 汁江辻吐辻 匡衿は牡茸 ノゞ ／ 雀 ＆ 』 -Z 一Ｊ・一い一Ⅱ一 孵而 一 R 二 F 享 二 ＬＩ↑Ｉ↑‘↑ 刊一二︲一 叩洞戸祠一い 布田 ＬＬ︲︲亡’ H 1 8 q 1−↑−両 '一『 rl R 二 円 ２ iI1 Z ／ 0 ’一’一十Ｌｌ 了 ↑r 了 一 丁 1 1−「 ３ l I 群芋 Il1I I ！ ，ｌ←トー←︲１１１１１１卜。１日０，１４１１０１１６︲’１Ｖ１４４１０︲’︲１Ｆ１１９１６．０７０Ｆ！：ｄＰＩ７Ｉ９９０６０Ⅱ９０− i r 一と十 ↓ 汁専行 与 I ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ 電撮 今 → − ++ff I I 1 I 1 卜 Ｖ吟ｒ叩 11 I 11 Ll I 1 lI 1 3 ｰ
© Copyright 2024 ExpyDoc
