オームの法則に出てくる【コイル】【コンデンサ】とは何でしょうか？

質問

オームの法則に出てくる【コイル】【コンデンサ】はなんでしょうか？

１）電流と電圧が変化するのは分かりますが、何の為に電流と電圧に変化を与えるのかが分かりません。

２）【コイル】【コンデンサ】が用いられるのは、交流のみに用いられ直流には用いられない物なのでしょうか？

はじめたばかりなので、分からない事だらけなのですがイメージと覚えて置きたいと思っています。詳しい説明よりも素人に分かる様な説明を希望しております。宜しくお願い致します。

回答No.5

info22 · ベストアンサー

#2です。
A#2の補足質問の回答
１）電流が【プラス】時にコンデンサに電気を蓄え【マイナス】の時に電流を放出しているのでしょうか（蓄電と放電を周波数に併せて繰り返す）？

電流の元はマイナスの電荷をもつ電子の流れで
電流はマクロ的視野からとらえた概念です。
つまりプラスの電荷（＝電子の不足状態、正孔など）を想定し、それに対し電子の過剰状態をマイナスの電荷と考える概念です。
このプラスの電荷の流れの方向を電流の向き、
そして電荷が移動する導体の断面を毎秒どれだけの
プラスの電荷（単位はクーロン）が通過するかを表すのが
電流の大きさ（定義）なのです。
単位的には「クーロン/秒＝アンペア」([C]/[s]＝[A})ですね。
実際は、プラスの電荷でなくマイナスの電子が電流の向きと逆方向に流れているわけです。

コンデンサーには、電荷をため、その電荷を放出することで、電気エネルギーを一時的に貯める目的の容量の大きなコンデンサー
（交流整流回路の平滑回路（半波整流または全波整流電圧によりプラスの電荷をコンデンサーに貯める回路、貯まった電荷は直流電源として負荷に供給され放電されますが減少した電荷はまたは整流回路からプラスに充電されます。）に使われる電解コンデンサーやトランジスター回路のバイアス回路の直流分を貯めて直流電圧を維持する電解コンデンサ。これらはプラスとマイナスの端子があって逆の電圧には電荷が貯められません。）
や容量の小さな可聴周波数領域や高周波領域の高い周波数の交流で使われる各種コンデンサー
（「周波数と容量の積の2π倍」の逆数が交流では抵抗のような効果（インピーダンス）を持ちます。従って、周波数が高い用途ではコンデンサの容量はおのずと小さくなりますので、使われる周波数により、大小さまざまな容量のコンデンサーが作られています。一部のコンデンサを除き、無極性で端子に正負の極性のないコンデンサが殆どです。）
があります。
基本的には、電荷をため、その電荷は利用する事で放出されますので、また電荷を補充して電荷を貯めるといった使われ方をします。
質問の考え方が少し違うような気がします。（考えて見えることは分かりますが…）。コンデンサ（容量C）は加えられた電位差Vにに対応して電荷Qまで充電（電荷が貯められる）されます。Q=C*V。この関係式に従っただけの電荷が蓄えられます。電荷が負荷に流れ出せばこの式にあうように電荷が補充され貯められます。Vが増減すればそれによって貯められた電荷の量が式に従って変化します。無極性のコンデンサでは、Vがマイナスに変化すると電荷もマイナスに変化します（これが放電です。電荷の放出です）。
この時回路の配線の導体の切断面あたり毎秒通過する電荷の量と向きにとって電流が流れます。正の電流、負の電流は概念的なもので、配線の銅線に正の方向、負の方向を決めることで、正の電流、負の電流の概念が生じます。電流そのものは同じで、配線導体の中での電荷の移動方向が変わるだけで、その方向を電流の正負で区別しているに過ぎません。もともと電流は、回路に流れるのはマイナスの電荷をもつ電子の移動に起因し、その電子の移動は、回路中に作り出される電位差V（電源、起電力や信号源や回路の接続の切り替えなどにより生ずる）によって起こります。
> （蓄電と放電を周波数に併せて繰り返す）？
コンデンサの両端の電位差V=Q/Cが周波数に依存して変化すれば、周波数にあわせて電荷が流入したり、電荷が流出したりします。これが質問者さんのいう 蓄電と放電です。蓄電より充電（放電に対する用語）が使われます。

> 何の為に位相を90°ずらす必用(×必要)があるのでしょうか？
> また、ずらした事によりどの様な効果が期待できるのでしょうか？
単相交流モーターでは、位相を90°ずらすコンデンサーとつけることで回転磁界を作りモーターを回転させます。コンデンサーを使わなければ単相交流モーターは回転できません。

多くのモーター（コイルが使われている）や回転機器を使う工場では、給電電圧に対して、電流の位相が-90°の方向に遅れてしまいます。
皮相電力＝（電圧の実効値）x（電流の実効値）が大きくなるわりに
消費電力＝（電圧の実効値）x（電流の実効値）x（力率cosθ）が小さくなります。位相差が大きくなる（90°に近くなる）ほどcosθの値がゼロに近づきます。電力会社から供給されるのは皮相電力ですから、工場がcosθ≒0で電力を利用されたら電力会社は電力料金を消費電力では徴収できなくなります。送電線で消費される電力ロスは（電流の実効値）の二乗に比例しますので、料金の取れない送電線で消費される電力だけが多くなります。それで電力会社は、大電力を使う工場に対して、力率が小さい工場ほど電力料金をより大幅な割り増しの電力料金設定をします。そこで工場は電流の位相が-90°方向に遅れるのを減少させるために、電流の位相を＋90°の方向にずらす効果(位相を遅らせる効果)のある進相用の位相補償コンデンサーを使って力率を1(位相角0°)の方向に改善することで力率を1に近づけ電力料金を減らすようにしています。これにより送電線に流れる電流も減少し、送電ロスも減少します。

>単純に正反対の性質（位相をずらす意味で）と捉えても構わないのでしょうか？
使われる回路によって働きが異なります。一般的には、コンデンサーとコイルでは位相が逆方向になります。

お礼

再度、回答頂きまして有り難うございます。

頂いた回答を噛み砕きながら、何度も読み返してみました。

電気のイメージがまだ掴みきれてないの無いのですが、大まかなコンデンサの働きは理解できました。もう少し、位相と力率の関係を勉強してみたいと思います。

また、分からないところが出てきましたら質問させていただきますので、これからも宜しくお願いいたします。

回答No.4

ruto

>電流が【プラス】時にコンデンサに電気を蓄え【マイナス】の時に電流を放出しているのでしょうか（蓄電と放電を周波数に併せて繰り返す）？
それは電源の周波数とコンデンサの容量によります。容量が大きいと、殆どコンデンサには電気が溜まらず、素通しに近い。
　容量が小さいと、抵抗になって出力側の電圧が小さくなるイメージです。
>何の為に位相を90°ずらす必用があるのでしょうか？
　コンデンサに交流電圧をかけると、電圧に比べて電流が９０°進みます。通常の交流負荷は力率が遅れてます。遅れた電流とコンデンサの進んだ電流で打ち消して、同じ電力でも、電流を小さくできます。
　即ち、配線の損失を下げられます。

>流れる電流の位相を90°を遅らせるというのは文章の上では理解出来てます。【コイル】と【コンデンサ】では、単純に正反対の性質（位相をずらす意味で）と捉えても構わないのでしょうか？
　ハイそうです。
　９０度云々を理解するためには
　Ｖｃ＝1/C・∫ｉdt、VL＝L・di／dtの様な微分方程式を理解する必要があります。但しVC：コンデンサの電圧、VL：コイルの電圧

お礼

お礼が遅くなりまして、すいませんでした。

まだ、始めたばかりで分からない事だらけです。
位相をずらす理由は、これで理解できました。
また、改めて質問する機会も有るかと思いますので、また宜しくお願いいたします。

回答No.3

likipon

電気工事士の資格のお勉強中とのことですから, その観点から.

1)なんのため?
・配線に接続される機器は, コイルやコンデンサを利用します.
(たとえば, モータはコイルを使います)
・そのため, 機器によっては位相がずれてしまいます.

・位相がずれると, 力率が下がって (そのうちテキストにでてくる?)
無駄な電気が配線に流れてしまい, 良くありません.
・そこで, 外にコンデンサなどを付けて位相を戻したりします.

と, いうわけで電気配線とかの立場から見ると
・接続する機器の都合で変わったものを元にもどすために使う
ということになるかと思います.

2)直流でつかうの?
電流の計算という意味では, 直流だと無いのと一緒になります.
(コイルならショートと同じ, コンデンサなら繋がってないのと同じ)

しかし, 電気をON/OFFしたりノイズがのったりすると,
その成分は交流的ですから, コイルやコンデンサが意味を持ちます.

お礼

お礼遅くなりました。

力率の為に位相をずらす目的でコンデンサを用いてたのですね。

位相をずらす目的が全く理解出来てなかったので、この回答かなり参考になりました。

まだまだ、分からないところが沢山有りますのでまた質問させていただきます。

どうも、ありがとうございました。

回答No.2

info22

１）捕らえ方が違う為、理解できないのと違いますか？
たとえば、コンデンサは以下のような特徴をもつ回路素子といえる。
電荷をためる素子、直流を遮断する素子（変化分だけを伝える素子）、直流電圧を保持する素子、変化分を短絡する素子、コンデンサに加えた交流電圧に対し、流れる電流の位相を90°進める素子。

コイルにも似た様な特徴がありますので自分で考えてみてください。
コンデンサの電荷に相当するのが、コイルでは、磁束（磁力線の束）になります。

２）交流と直流の混在する回路、直流のスイッチング回路、パルス回路、パルスの遅延回路、変化分の短絡、直流電圧の保持などに使われますよ

お礼

早速、回答頂きまして有り難うございます。
もう少しで理解できそうです。分からない点が何処なのかは理解できて来ました。

補足

＞捕らえ方が違う為、理解できないのと違いますか？
全くその通りだと思います。電気工事士の資格取得の為にテキストを読んでるのですが、イメージが掴み切れず内容が理解できてません。
（正弦交流波の表が理解出来ない為に、今回の質問をしました）

＞（コンデンサの特徴）電荷をためる
コンデンサの働きとして「電気を溜める」と云うのは理解出来るのですが、電流が【プラス】時にコンデンサに電気を蓄え【マイナス】の時に電流を放出しているのでしょうか（蓄電と放電を周波数に併せて繰り返す）？

＞流れる電流の位相を90°進める
何の為に位相を90°ずらす必用があるのでしょうか？
また、ずらした事によりどの様な効果が期待できるのでしょうか？

＞コイルにも似た様な特徴がありますので自分で考えてみてください。
流れる電流の位相を90°を遅らせるというのは文章の上では理解出来てます。【コイル】と【コンデンサ】では、単純に正反対の性質（位相をずらす意味で）と捉えても構わないのでしょうか？

＞２）交流と直流の混在する回路、直流のスイッチング回路、パルス回路、パルスの遅延回路、変化分の短絡、直流電圧の保持などに使われますよ
こちらについては、私の学力が全く追いついてませんので理解できてませんが、勉強しておきます。

回答No.1

spa50

２）【コイル】【コンデンサ】が用いられるのは、交流のみに用いられ直流には用いられない物なのでしょうか？
コンデンサは直流を流しません。コイルは直流だと理想的には抵抗はありません。そのまま流れます。
交流には周波数があります。つまり、１秒間に何回振幅したか（わかりますか）。家庭の１００ｖ電気は東日本だと５０Ｈｚ（ヘルツ）西は６０Ｈｚ。１秒間に５０回か６０回プラスマイナスを繰り返しますが、この回数が増えると（周波数が上がると）コンデンサは電気を流しやすくなり、コイルは逆です。
使い方として高い周波数を除く回路（ローパスフィルター）とか逆のハイパスフィルター、希望の周波数帯だけを通す、バンドパスフィルターなどを作るとき使います。また、モーター（コイルの固まりと磁石の組み合わせ）や蛍光灯などを使うと無駄に使われる電気（無効電力）が発生するのでそれを補正するのにコンデンサ（進相コンデンサ）を使います。

１）電流と電圧が変化するのは分かりますが、何の為に電流と電圧に変化を与えるのかが分かりません。
先の説明のような使い方ということです。また、電流と電圧というより相を変化させたり、周波数をコントロールするといった方がよいでしょう。それと、ベクトルと三角関数は完璧に理解してください。
あなたの身の回りにいっぱい使われてますが、先生なり図書館で調べるなりした方がよいでしょう。かなり長い文章になってしまいます。

お礼

早速回答頂きまして有り難うございます。
頂いた回答の中で理解出来ない部分があります。補足欄に書かせて頂いたのですが、もう一度質問させてください。

補足

１）高い周波数とは、どの様な場合をいわれるのでしょうか？
　地域に依る周波数の違い（５０Ｈｚ・６０Ｈｚ）の事でしょうか？
（交流の周波数ついては、１秒間に繰り返される振幅数と云う辺りまでは理解しております。）

２）＞電流と電圧というより相を変化させたり、周波数をコントロールする
　今回の質問をした経緯として【電流と電圧の位相差】が理解出来ないために此の様な質問をしました。周波数をコントロールすると在りますが、５０Ｈｚで入ってきたものを【コイル】【コンデンサ】を用いて周波数を変化させる事が出来るのでしょうか？
　また、変化させる割合は【５０Ｈｚ⇔６０Ｈｚ】等の事でしょうか？
それも、ラジオ等で使われる電波の周波などの様なものをさされてるのでしょうか？