コンデンサ 並列回路 問題の解き方

質問

コンデンサの問題が理解できなくて悩んでおります。
理解できない箇所は電源が交流であるため、戸惑っております。
感覚的にはコンデンサの充放電の問題であると思いますが・・・
ご教示願います。

【問題】
回路としては
・交流発電機　100V　１Hz
・スイッチ　（接点をa、bと置く）
・コンデンサC1　１μF
・コンデンサC2　２μF

回路を下記のようになります。
醜い図ですがご了承ください。

ｌ――――――a　b―――――
ｌ　　　　　　sw　　　　　ｌ
ｌ　　　　　　ｌ　　　　　ｌ
電源　　　　　C1　　　　　C2
ｌ　　　　　　ｌ　　　　　ｌ
ｌ　　　　　　ｌ　　　　　ｌ　
ｌ――――――ｌ－－－－－－　

(1)SWは、初め、接点aに接続されております。
（電源とC1の回路）

(2)この後、接点bに切り替わります。
（C1とC2の並列回路）

このときのC2の最大値はいくらになるのでしょうか？

よく、コンデンサの問題としては出題されている問題ですが・・・

理解しているのは
(1)では電源がコンデンサC1を充電している状態
しかし、このときの容量Qはどんな式になるのか理解できません

(2)ではコンデンサC1に蓄えられた電荷がコンデンサC2に移動し放電してりる状態
コンデンサの静電容量Fの違いと電圧の関係がよく理解できません。

最後にこの問題の電源を直流電源にすると成立しないのでしょうか？

この様にあいまいな状態なのでご教示願います。

回答No.1

univ-kyoto · ベストアンサー

いまいち言っていることが分からないので、分かる範囲で答えます。
まず直流の時はわかりますか？
直流の時は
(1)E=Q/C1(Qは電荷、C1は容量)
(2)電圧はE1=E2(E1はC1の電圧、E2はC2の電圧）
　　またQ=Q1+Q2(Q1はC1の電荷、Q2はC2の電荷）
　　という関係が成り立ちます。
　　∵C1とC2が並列→E1=E2
　　　(1)で蓄えられた電荷Qが(2)にしたら
　　　E1=E2が成り立つようにQ1とQ2
に分けられる→Q=Q1+Q2
　　　これを使って解いてください。交流の場合は静電容量を
　　　C=jωCとすればいいだけです。ω=2πfこの場合は2000π
コンデンサの静電容量Fの違いとは何との違いですか？C2の最大値とは
何の最大値ですか？電圧？電荷？静電エネルギー？電流？と意味不明なのでお答えすることはできません。すいません。。

お礼

ありがとうございます。
おっしゃられるとおり、意味不明な質問でした。
申し訳、ございません。

教えて、頂いた、内容で再度、解いて見ます。
なお、最終的に欲しい答えはC2の電圧の最大値です。
答えが無いため、算出された値が合っているかどうかは不明のままですが・・・

回答No.2

rabbit_cat

＞C2の最大値
意味を推測するに、C2の両端にかかる電圧の最大値ということでしょうか。

問題として考えると、最重要な情報とも言えるスイッチを切り替えるタイミング（電源の瞬時電圧がいくつのときにスイッチを切り替えるか）が書かれていないんですが、Ｃ２の両端の電圧の最大値を求めろ、ということなら瞬時電圧が最大になった瞬間にスイッチを切り替えた、と考えればいいでしょう。
もし、こういう問題だとするなら、交流電源のかわりに、１４４Ｖの直流電源だと思って考えればＯＫです。

お礼

ありがとうございます。

ＳＷの切り替えるタイミングは、任意と記載されております。
恐らく、100Vの時と判断するものと考えます。

交流電源の変わりに、144Vの直流電源だと思って考えればOK
とのことですが、144Vはどのように算出されたのでしょうか？
お手数ですが、再度、ご教示願えれば、幸いです。