コンデンサー・金属板挿入と電気量

質問

現在高校でコンデンサーについて習ってる者です。
端的に質問させていただきますが、

１．コンデンサーの極板間の距離を実際にｄ縮めるのと、縮めないで金属板に厚さｄの導体を挿入するのとではコンデンサーが帯びる電気量は変化するのでしょうか。

２．そうであるならば、コンデンサーの距離を縮める、あるいは導体を挿入することをした前後でコンデンサーに蓄えられている電気量は保存するのでしょうか。つまり、銅線で回路に繋がっていた場合、距離を縮めたときに電気量が流れ出てしまうことはないか、ということです。

駄文で申し訳ありませんが、よろしくお願いします。

回答No.1

yokkun831 · ベストアンサー

コンデンサーが回路につながれていなければ，電気量は保存され
ますから，そのときは極板間電圧が小さくなります。このとき
コンデンサーは極板または金属板を引き込む仕事をするので
エネルギーが減少します。
　コンデンサーが電源を含む回路につながれ，一定電圧に保たれているのならば電気量は増えます。上で述べたことが理解できれば，下がった
電圧を回復するために電気が流れ込むと考えることもできますね。
このときは，コンデンサーのエネルギーは増加します。上と同じように
引き込む仕事をしたのですが，流れ込んだ電気量によってむしろ増えた
（電源から仕事をされた）わけです。ですから，一般に回路につながれ
たコンデンサーの電気量は保存されません。
　参考：Q=CV，　U=1/2 QV = 1/2 CV^2 = 1/2 Q^2/C，　C=εS/d

　コンデンサーの問題では，条件が変わったときに変わらなかった
ものは何かをみつけることがポイントになります。

お礼

回答ありがとうございます。
なるほど、電源に繋がっている場合は電圧は一定であることは前提ということですね。逆に電源に繋がってない場合でも抵抗とかと繋がっている場合発熱してしまったりってことはないのでしょうか・・・？

回答No.2

yokkun831

もし抵抗のみと回路になっていれば，これは短絡（ショート）
回路ですから，すぐに放電してエネルギーはすべてジュール熱に
なってしまいます。そうでなくても，電気量が出入りするときに
は徐々に電圧を上げていくというようなことでなければ，必ず
ジュール熱が生じます。
　たとえば，一定電圧Vでコンデンサーを充電すると，
　電源は　　　　　　QVの仕事をし，
　コンデンサーには　1/2 QV のエネルギーがたくわえられますから，
　とちゅうで必ず　　1/2 QV のエネルギーがジュール熱になります。
エネルギー保存で考えるとわかりやすいですよ。

お礼

やっとわかりました！
本当にありがとうございました！