コンデンサの直列か並列か

質問

よろしくお願いします。
コンデンサを勉強しているのですが、直列と並列をときどき間違えてしまいます。簡単な回路だと一本につながったのが直列で二手にわかれてまた一つになるのが並列だと思うのですが、スイッチやコンデンサ、電池が少し複雑にからむととまどってしまいます。

問題
回路
電池（-+）　－　スイッチS１　－　コンデンサC１　－　スイッチS２－　コンデンサC2とC３が並列　ー　電池（-+）にもどる
問題
S１だけを閉じる。
１）C２の電圧V２はいくらか。
２）次にS１を開き、S２を閉じる。C１およびC２の電圧はいくらになるか。
１）はわかったのですが、２）の状態がいまいちよくわかりません。
解説には、２）では、並列になっている、とあります。
実はここが少し？で、自分は直列でないかと思うのです。
確かにS１とS２両方のスイッチが閉じていれば、C２とC３は並列だと思いますが、２）では、S１は開き、S２は閉じています。
ということは、このときの回路は、

S２－コンデンサC３－コンデンサC２－S２にもどる
というふうになっていませんか？
ということは、これは直列回路ではないかと思うのです。
どうして並列になるのでしょうか？教えていただけませんか？

このほかの問題でも直列と並列を間違えてしまうことがあります。
なにか直列と並列を見分けるときのコツなどあるのでしょうか？
もしあれば、教えていただきたいと思います。
よろしくお願い致します。

回答No.3

saru_1234 · ベストアンサー

「直列接続か並列接続か」を論じるのなら、
「どことどこの間が」の２点を明確にする必要があります。
「この間の接続状態についてどうなのか」ということです。

そしてその２点間に電圧（電位差）を与えた時の電流の流れ方により
ハッキリします。（電池を繋いだ状態に相当します）

質問文、問題の C2 と C3 について、 C2 の両端(=C3 の両端) の
２点間に於いて、 C2 と C3 は「並列接続」ですよね。
２点間に電圧(電位差)を与えると電流は、C2 を通る経路と C3 を通る経路の
２経路、つまり「並走」しています。
電流が「並」走するのが「並」列です。

まぁコンデンサですから、電流はすぐ流れなくなりますが。

> S２－コンデンサC３－コンデンサC２－S２にもどる
> というふうになっていませんか？
> ということは、これは直列回路ではないかと思うのです。

この解釈の場合、「２点」とはどことどこでしょう？
スイッチS2 は閉じてるので導通状態ですよね、「もどる」とも
書かれてるように、２点になっていなく同一点を指しています。

これでは「２点間に電圧を与える」ことができないし、
電流も流れません。
ループ状の閉回路を、電流は勝手に流れてはくれないのです。

「じゃあ、２点なら、例えば 1mm でも間をあければいいのか？」
というと、実はそうなんです。
その２点に着目すると、
「C2 と C3 の直列接続」と 「長さ 1mm の導線」の並列接続状態です。
C2 と C3 は直列なんです。

ただしこの例は、
電気回路...直列・並列、合成容量の求め方を学習する教材としては
不適切（余計なことも考慮しなくてはならない）なので使いません。

（現実にはここまで考慮しなくてはならない場面も生じることもありますが。）

というわけで、「C2 , C3 は直列接続」と呼ぶのは一般的には不適切です。
交互に行います

お礼

御回答ありがとうございます。
＞電流が「並」走するのが「並」列です。
直列回路か並列回路かを見分けるには、電流の向きについて考えたらよかったのですね。それなら、なんとかわかると思います。

> ということは、これは直列回路ではないかと思うのです。
私は並列というのは、導線が二股に分かれているところだと思っていましたので、今回、コンデンサが一本の導線のところに並んでいるので直列回路かと思いました。
この問題だけでなく、並列回路も見方を変えれば（コンデンサを移動させれば）、直列回路とか思っていました。
また、直列と並列について話すときは、どの二点間についてかを明示する必要があったのですね。

今回電流の向きによって直列と並列が決まると教わりよくわかりました。基本的なところにご丁寧に教えていただきありがとうございました。

回答No.4

saru_1234

ANo.3 です。ちょっと補足...

3> 「じゃあ、２点なら、例えば 1mm でも間をあければいいのか？」
3> というと、実はそうなんです。
3> その２点に着目すると、
3> 「C2 と C3 の直列接続」と 「長さ 1mm の導線」の並列接続状態です。
3> C2 と C3 は直列なんです。

２点間に電位差を与えると、「長さ 1mm の導線」の極小抵抗 0.00...x Ω
に応じた大電流が流れ、それと並走して 「C2 と C3 の直列」にも電流が流れます。

3 >ただしこの例は、

大電流を流すには内部抵抗の小さな電源装置が必要になるし、
用意できたところで大電流による発熱、抵抗値の変化、火災対策までも必要があるし、
現実には内部抵抗により端子電圧が下がり計算どおりにならなかったり
して
3> 電気回路...直列・並列、合成容量の求め方を学習する教材としては
3> 不適切（余計なことも考慮しなくてはならない）なので使いません。
実験にだって使いにくくて仕方ないでしょう。

その意味で、1mm あけても、数mm あけても、同じ導線上であれば抵抗値は極小であり、
現実的には 0mm の 0Ω と大差なく、２点間に他の電子部品を挿入するなど
しない限り、教材としては意味のない回路といえます。

最後の
3> 交互に行います
は削除し忘れです。すみません。

お礼

たびたびありがとうございます。
実はそこのところはいまいちよくわかっていませんでした。
今回読ませていただきましたが、内容も少し難しくてわかりませんでした。
すみません。

回答No.2

Mr_Holland

コンデンサの直列・並列は、導線で接続された電極に異符号の電荷が帯電しているか、同符号の電荷が帯電しているかで見分けられると思います。

（並列の場合)
　　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　　｜　　　　　　　　　　　　　｜
＋＋＋＋＋＋　　　　＋＋＋＋＋＋＋

－－－－－－　　　　－－－－－－－
　　｜　　　　　　　　　　　　　｜
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（直列の場合)
　　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　　｜　　　　　　　　　　　　　｜
－－－－－－　　　　＋＋＋＋＋＋＋

＋＋＋＋＋＋　　　　－－－－－－－
　　｜　　　　　　　　　　　　　｜
　　￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣

お礼

御回答ありがとうございます。
隣同士（導線で接続されたところ）が同じ電位であれば、並列で、事ならば直列ということですね。
回路が複雑になると、ちょっとわかりにくいのですが・・・
この考え方で一度やってみたいと思います。
ありがとうございます。

回答No.1

noname#101087

ちょいと見にくいですが、略図を.... 。

　　S1　　S2
E __/ _____/ ______
　　　　=　　　=　 =
　　　 C1　　C2　C3

(2) S1 を開き、S2 を閉じる。
　このあと、C1, C2, C3 は上電極同士が同電位に、また下電極同士も同電位になりますね。
　これが並列接続です。(直列だと、つなぎ目だけが同電位)
　したがって、C1 にたまっていた電荷は、C1, C2, C3 の電極間電圧がすべて等しくなるように配分されます。

お礼

御回答ありがとうございます。
＞このあと、C1, C2, C3 は上電極同士が同電位に
これは、この部分が孤立しているからですね。
なるほど、となり同士の極板が同電位だと並列だということでしょうか。
まだまだコンデンサはよくわかりませんが、練習問題をしたいと思います。