コンデンサーの電圧と電流

質問

交流電圧をコンデンサーにかけたときの電圧と電流のグラフは電圧が２分のπだけ電流より遅れています。
まず、電圧がかかって電流が流れると思うのですが、どうして、電圧のほうが電流より遅れるのでしょうか。
コイルに交流電圧をかけた場合は、逆に電流が電圧より2分のπおくれるようです。
これらはどのように説明されるのでしょうか。
初心者にも分るように教えていただけると大変ありがたいです。
よろしくお願いいたします。

回答No.2

shintaro-2 · ベストアンサー

いつも数式（微積分）で処理しているので、いざ尋ねられると困るのですが・・・

＞電圧がかかって電流が流れると思うのですが、

電流が流れたときに抵抗があると、電圧が発生するのです。
抵抗がない部分では、電流が流れても電圧が発生しません。また抵抗がなければ電圧も必要ありません。

定性的な説明をすると、
　コンデンサは絶縁体を電極で挟んでいるだけなので本来電流が流れません。電流が流れているように見えるのは、そのコンデンサが充放電する電流です。

　つまり、電圧をかけた瞬間は、電流が流れだんだんコンデンサの端子電圧が上昇するのです。電流が流れ始める段階では抵抗はゼロです（理論的には）。充電が完了すると、電流が流れなくなるのに、コンデンサの内部電荷により端子には電圧が発生しています。

コイルは逆に、電流を流そうとすると、コイル内の磁束が変化するので逆起電力が発生します。これに打ち勝つための電圧が必要なので最初に電圧が大きく、徐々に電圧は低下していきます。それに伴い電流が徐々に増加していき、安定します。

こんな説明で宜しいですか？

お礼

shintaro2様
さっそくのご回答感謝いたします。
＞電流が流れたときに抵抗があると、電圧が発生するのです。
そうなのですか。私にとってはコペルニクス的転回の驚きです。
コンデンサとコイルは電流と電圧の位相の差が逆になることもていねいなご説明で納得できました。
ありがとうございました。

回答No.1

debukuro

容器に水を注ぐことを考えてください。
容器が満たされるまでは水は溢れません。
つまり電圧は計測されないのです。

コイルに電流が流れ始めるとき逆起電力が発生します（理由は聞かないで下さい）。
このために流れ始めの抵抗が大きく電流が流れにくいのです。
定電流になると逆起電力はなくなるので電流はコイルの抵抗成分に応じた値で安定するのです。

訊くより先ず実験。
事実を目の当たりにすれば理由は兎も角事実には納得できます。

お礼

debukuro様
コイルの電流と電圧の位相差の原因についてのご説明はよく分りました。ありがとうございます。
＞訊くより先ず実験。
事実を目の当たりにすれば理由は兎も角事実には納得できます。
おっしゃるとおりだと思います。
実験をやろうとしてもその手段がない人も多いと思いますが、私の場合は幸いにも実験できる環境にあるのでやってみようと思います。