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2018年6月22日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第10章電気回路 (3)コンデンサーの働きその3
 
                第10章電気回路
              (3)コンデンサーその3

前回迄に絶縁物(誘電体)を 2枚の金属板で挟んだコンデ
ンサーに”電荷を蓄える仕組み”、と”電流が流れる仕組み
”についてお話をしました。
今回は、コンデンサーに交流を繋いだ場合の コンデンサ
ーの振る舞いを中心に お話をいたします。その後、演習
問題を出題いたします。

1.電荷の蓄積とコンデンサーの両端電圧の関係
元々、 コンデンサーは、 誘電体の両側に2枚の金属の板
を向い合わせた構造ですので、 直流でも交流でもコンデ
ンサーの内部 (
2枚の金属板の間) を貫いて電流は、流れ
ません

よって、電流が流れるとしているのは、 コンデンサーの
両端
のみです
コンデンサーそのものを 貫通して電流が流れる訳では、
ないのですが、 コンデンサーの両端の導線に流れる電流
の向きが同じですので、 コンデンサーをブラックボック
スとし、両端に繋がれだ導線を見ますと コンデンサーを
貫いて電流が流れている様に見えます。 まるでマジック
の様です。

皆様は、QC・Vと言う大変重要な式を覚えられている
事と思います。Q は、電荷。C は、コンデンサーの静電
容量、そしてV は、コンデンサーの両端電圧です。
静電容量:Cのコンデンサーに 電荷:Q が貯まるとコン
デンサーの両端電圧は、V になると言う事を表していま
す。


上の図の様に コンデンサーと抵抗を直列につなぎ時間t1
にSW(スイッチ)を入れます。
その時のコンデンサーに流れる電流(正確には、コンデン
サーの両端の導線に流れる電流)とコンデンサーの両端電
端圧をグラフにしたものが下の図です。

t1で 電流は、一瞬にしてMAXとなり、急激に減少して
電流が流れなくなります。一方電圧は、t1 の瞬間は、0
[V] ですが急激に電圧が高くなり 電池の電圧と同じ電圧
になり その後は、電流の値も電圧の値も変わりません。
この図は、Q=C・V そのものを表したグラフとも言えま
す。
電荷の移動 (つまり電流 ) によりコンデンサーに 電荷が
貯まっていくに従い、電圧が高くなります。やがて、 コ
ンデンサーに電荷が最大に貯まったところで コンデンサ
ーの両端電圧が電池の電圧と同じになり電荷の移動( 電
流 )が止まります。



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当塾は、昨年の10月でまる10年になりました。
ここまで続けてこられま
したのは、皆様方のお陰と感謝して
います。
今後も、低価格で分かりやすい合格の為の講座を続けてま
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2018年6月20日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第10章電気回路 (3)コンデンサーの働きその2
 
                 第10章電気回路
               (3)コンデンサーの働き 
                      その2

前回は、コンデンサーが 電荷を蓄える仕組みのお話をし
ました。
それでは、 コンデンサーとは、充電池の様な物なのかと
言う事になってしまいます。
しかし、充電池として使うのには、 蓄えられる量が不十
分です。
コンデンサーには、もっと重要な働きがあります。
今回は、そのお話を含めて 電磁気の見方としてのコンデ
ンサーについてお話をします。

コンデンサーは、電荷を蓄える物であり、 その蓄える量
静電容量と言います。 単位については、前回お話をし
ました。単位は、重要ですので、忘れた方は、 前回の記
事を見直しておいて下さい。

静電容量は、”C" で表されます。
静電容量:Cとコンデンサーに蓄えられる電荷:Qとコン
デンサーに蓄えられた電荷による コンデンサーの両端電
圧:Vとの間には、以下の関係があります。
QとC とVの関係は、オームの法則と同様に  大変重要 
すので覚えておいて下さい。

       Q = C・V          (1)
       
コンデンサーの両端電圧は、 電荷が一定量蓄えられる間
コンデンサーの両端の導線に 電荷の移動(電流)があり
ますので、その間、上昇します。
電荷の移動が止まったところで、電圧の 上昇も停止しま
す。
式で言いますと、C は、定数で変化しませんが、 左辺の
Q が増えると右辺のVが上昇すると言う事になります。



前回以下の様な図をお見せしました。

器Aは、電池に相当します。 水の深さ:h は、 電圧:V
に相当します。そして器Bは、コンデンサーです。 器の
容量(大きさ)は、静電容量です。
そして蓄えられる水の量は、電荷の量:Q です。


上の図(a)における器 Aの水が図(b) になりやがて器 A
の水が全て器B に移り、水の移動は、停止します。
器Bの水の高さ:h は、 コンデンサーの両端電圧;V に
相当します。

今度は、器Aを器Bと同じものに変え、器B の置いてある
高さと器Aの置いてある高さを逆にします。

すると水は、勢い良く器Bから器Aへ流れて行きます。
再び水の移動が始まりました。
ここで重要な事は、赤の⇒の様に図(a) とは、水の向き
が逆になったと言う事です。
器Aへ全て水が移っりましたら 図(a) にもどると言う様
にこれを繰り返します。すると水は、常に移動し続けま
す。
(水が全て移り終わった瞬間と器Aと器Bの高さを入れ替
える瞬間は、除きます。 電荷の移動も移動方向が 変わ
る瞬間は、移動が停止します。)

お話をコンデンサーと電池を繋いだ時に戻します。
電池の電圧:Vとコンダンサーの静電容量:C であるな
らば、電荷の量は、Q [C]迄貯まると言う事を式で示し
ますと


      Q = CV

でした。
電池にコンデンサーを繋いだ場合は  図 (a)で終わって
しまいますが 電池の代わりに交流の電源を繋ぎますと
交流は、SIN 状に電圧が変化しますので電圧の向きも
も変わり続けます。器Aと器Bを片方がいっぱいになる
度に両方の器の高さを入れ換えている状態です。


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2018年6月19日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第10章電気回路 (3)コンデンサーの働きその1
 
               第10章電気回路
              (3)コンデンサーの
                働きその1

今回から、 前回の抵抗に続いて電子回路の重要部品
であるコンデンサーについて3 回に分けてお話をします


コンデンサーとは、原理的には、誘電体(絶縁物) を両
側から2枚の金属板で挟んだ物です。
よって、コンデンサーには、電流が流れません。
電流の流れない部品が何故、重要なのでしょうか?

実は、電流が流れないのは、直流の電圧を加えて ある
程度の時間が経った後の話なのです。
と言う事は、極短い時間ならば、 絶縁部の両側を金属
板で挟んだコンデンサーに 電流が流れると言う事なの
でしょうか?
なにやら面白そうですね。
この記事の見出しでもお話をしましたが、 コンデンサ
ーもコイル同様に無ければ 無線機やアンテンそして電
子機器や電気機器(洗濯機等主たる部品が電子部品でな
く電源に交流を使う機器)も存在しません。
この様に重要な部品ですが、 極めて高い周波数を扱う
電子機器や無線機の中では、意図しない コイルやコン
デンサーが形成されてしまい、 設計通りの性能や機能
を果たさない場合が生じてしまう 厄介物となる事もあ
ります。
携帯電話や スマフォの開発には、必ず、ついて廻る問
題です。
何故、その様な事になるかを含めてお話をします。

それでは、コンデンサーとは、何か?  を 具体的に見て
行きましょう。
(1)コンデンサーとは?
  コンデンサーとは、電気(電荷)を蓄える物だと思っ
      て下さい。
  電荷については、 特にコンデンサーで 重要ですの
      で、第9章の電磁気の記事を見直しておいて下さい
      。

(2)構造は?
  下の図をご覧下さい。A とBは、金属板で、ε と書
      いてあるのは、誘電率がεの誘電体(絶縁物)です
      。原理的な構造は、これだけです。
  誘電率については  第9章の電磁気で復習しておい
     て下さい。
  誘電率が何か覚えていられる方は コンデンサーが
     どの様な物かある程度  察しがついた事と思います
      。後で触れますが、 コンデンサーとは誘電体を分
  極させる物と言う事が言えます。
  
  
(3)コンデンサーの性能?
  (1)でコンデンサーは、電荷を蓄えると言いまし
   たが、その蓄える電荷の量静電容量と言います。


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2018年6月18日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第10章電気回路 (2)抵抗回路その2
 
                第10章電気回路
             (2)抵抗の働きその2

前回は、直流回路での抵抗の働きと 合成抵抗値の求め
方のお話をしました。
今回は、交流回路で 抵抗がどの様に働くのかと言うお話
をします。
そして、最後に、前回出題いたしました、 演習問題の解
答を行います。 

[V]と言っているのは、実効値の事です。 
海外では、100[V] から480[V] 迄、実に様々です。
式を見て見ますと、 瞬時値:vは、時間:t と位相:Φ
により決ますが、Φは、一定ですので、 時間:tで変わ
る事が分かります。
実効値電圧を V としますと、瞬時値:vの電圧の最大
 との関係は、以下の様になります。

       Vm = sqrt(2)・V

皆様の家庭のコンセントへ来ている電圧の最大値は 約
141[V] と言う事になります。
私達が思っているコンセントの電圧は、最大で141 [V
]にもなっているのです。


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2018年6月17日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第10章電気回路 (2)抵抗回路その1
 
                第10章電気回路
               (2)抵抗回路その1

今回は、直流回路での抵抗の働きを考えてみます。
そして、 次回は、 抵抗が交流回路でどの様に働くかを
考えます。
同じなのか違うのかを知る事が重要です。

それでは、基本的な回路でその様子を見てみます。

(1)直列接続時の合成抵抗値
   
  電池の電圧:V に抵抗  R1、R2、R3 が 直列に接
  続されています。
  そこに流れる電流:Iは、図-1 の場合、3本の抵抗
  を合成した抵抗値R考えた時のRにより決まります
  。

   回路の左から流入する電流と 3つの抵抗を通って
     の値は、同 じです。 (電池から流れ
      出る電流も、電池に戻る電流も、 回路上のどの抵
      抗を流れる電流も同じ値になります。この点が 一
      番重要です。
    覚え方としては、愛(I )は、変わらず。 と覚え
      ます。

    この事を中が詰まっているパイプに 息を吹き込む
      場合を例えてみます。
    3本のパイをつないで息を吹き込みます。
    中が詰まっていますので息を吹き込む事が、 出来
      ませんのでパイプの反対側から息は、 出てきませ
      ん。
  
    3本のパイプをそれぞれ、 少しづつ、 違った量だ
      けつまりを取り除いて、3本を繋ぎます。 

    息を吹き込みますと反対側から吹き込んだ息と同
      量の息が出てきます。
    そして、パイブの中を流れる息の量は、どのパイ
      プの何処でも同じです。途中で増えたり、減った
      りしないのです。

    それでは、以上の事を頭に入れて合成抵抗:R を
      求めてみます。
    まず、どの抵抗に流れる電流も同じ I ですので、
      各抵抗の両端の電圧は、

   V1 = I・R1 、 V2 = I・R2 、 V3 = I・R3

   となります。
   電池の電圧は、V です。 各抵抗の両端電圧を足す
    と電池の電圧:Vと同じにならなければなりません
     。
   よって

      V= V1 + V2 + V3
        = I・R1 + I・R2 + I・R3
        = I ・(R1 + R2 + R3) (1)

   合成抵抗値:R は、電圧を 電流で割れば求められ
     ますので


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