ある意味で、コンデンサはバッテリーに少し似ています。それらは完全に異なる方法で機能しますが、コンデンサーとバッテリーは両方とも電気エネルギーを蓄えます。バッテリーのしくみを読んだら、バッテリーには2つの端子があることがわかります。バッテリー内部では、化学反応によって一方の端子で電子が生成され、もう一方の端子で電子が吸収されます。コンデンサは、新しい電子を生成することができないため、バッテリーよりもはるかに単純です-それはそれらを保存するだけです。
この記事では、コンデンサとは何か、コンデンサの機能、および電子機器での使用方法を正確に学習します。また、コンデンサの歴史と、何人かの人々がコンデンサの進歩を形作るのにどのように役立ったかについても見ていきます。
コンデンサの内部では、端子は非導電性物質または誘電体で分離された2枚の金属板に接続されています。2枚のアルミホイルと1枚の紙で簡単にコンデンサを作ることができます。ストレージ容量の点では特に優れたコンデンサではありませんが、機能します。
理論的には、誘電体は任意の非導電性物質にすることができます。ただし、実際のアプリケーションでは、コンデンサの機能に最適な特定の材料が使用されます。マイラー、セラミック、セルロース、磁器、マイラー、テフロン、さらには空気も、使用される非導電性材料の一部です。誘電体は、それがどのような種類のコンデンサであり、何に最も適しているかを決定します。誘電体のサイズとタイプに応じて、高周波用途に適したコンデンサもあれば、高電圧アプリケーションに適したコンデンサもあります。コンデンサは、電卓の最小のプラスチックコンデンサから、通勤バスに電力を供給することができるウルトラキャパシタまで、あらゆる目的に使用できるように製造できます。NASAガラスコンデンサを使用して、スペースシャトルの回路を目覚めさせ、宇宙探査機の配備を支援します。さまざまな種類のコンデンサのいくつかとその使用方法を次に示します。
- 空気-ラジオチューニング回路でよく使用されます
- マイラー-時計、アラーム、カウンターなどのタイマー回路に最も一般的に使用されます
- ガラス-高電圧アプリケーションに適しています
- セラミック-アンテナ、X線、MRI装置などの高周波目的に使用されます
- スーパーキャパシター-電気自動車とハイブリッド車に電力を供給
次のセクションでは、コンデンサがどのように機能するかを詳しく見ていきます。
- コンデンサ回路
- ファラド
- コンデンサの歴史
コンデンサ回路
電子回路、コンデンサは次のように示されています。
あなたはときにバッテリーにコンデンサを接続して、ここに何が起こるかです：
- バッテリーのマイナス端子に接続されているコンデンサーのプレートは、バッテリーが生成している電子を受け入れます。
- バッテリーのプラス端子に接続されているコンデンサーのプレートは、バッテリーへの電子を失います。
充電されると、コンデンサの電圧はバッテリーと同じになります（バッテリーの1.5ボルトは、コンデンサの1.5ボルトを意味します）。小さなコンデンサの場合、容量は小さくなります。しかし、大きなコンデンサはかなりの電荷を保持できます。懐中電灯の電球を1分以上点灯させるのに十分な電荷を保持するソーダ缶と同じ大きさのコンデンサを見つけることができます。
自然でさえ、コンデンサが稲妻の形で機能していることを示しています。一方のプレートは雲であり、もう一方のプレートは地面であり、稲妻はこれら2つの「プレート」間で放出される電荷です。もちろん、これほど大きなコンデンサーでは、大量の電荷を保持することができます！
次のようなコンデンサを接続するとします。
ここには、バッテリー、電球、コンデンサーがあります。コンデンサーがかなり大きい場合、バッテリーを接続すると、バッテリーからコンデンサーに電流が流れて充電されると電球が点灯します。電球は次第に暗くなり、コンデンサがその容量に達すると最終的に消えます。その後、バッテリーを取り外してワイヤーと交換すると、コンデンサーの一方のプレートからもう一方のプレートに電流が流れます。電球は最初に点灯し、コンデンサが放電するにつれて完全に消灯するまで暗くなります。
次のセクションでは、静電容量について詳しく学び、コンデンサのさまざまな使用方法について詳しく見ていきます。
給水塔のように
コンデンサの動作を視覚化する1つの方法は、それをパイプに接続された給水塔として想像することです。給水塔は水圧を「蓄え」ます。給水システムのポンプが町が必要とするよりも多くの水を生成すると、余剰分は給水塔に蓄えられます。その後、需要が高いときは、過剰な水がタワーから流出して圧力を維持します。コンデンサは同じ方法で電子を蓄え、後でそれらを放出することができます。
ファラド
コンデンサの蓄積電位または静電容量は、ファラッドと呼ばれる単位で測定されます。1ファラッドのコンデンサは、1ボルトで1クーロン（クーロン）の電荷を蓄積できます。クーロンは6.25e18（6.25 * 10 ^ 18、つまり62億5000万）の電子です。1アンペアは、1秒あたり1クーロンの電子の電子流量を表すため、1ファラッドのコンデンサは1ボルトで1アンペア秒の電子を保持できます。
通常、1ファラッドのコンデンサはかなり大きくなります。処理できる電圧によっては、マグロの缶や1リットルの炭酸飲料のボトルと同じくらいの大きさになる場合があります。このため、コンデンサは通常、マイクロファラッド（100万分の1ファラッド）で測定されます。
ファラッドの大きさについてある程度の見通しを得るには、次のことを考えてください。
- 標準的なアルカリ単三電池は約2.8アンペア時を保持します。
- つまり、単三電池は1.5ボルトで1時間2.8アンペアを生成できます（約4.2ワット時-単三電池は4ワットの電球を1時間強点灯できます）。
- 計算を簡単にするために、1ボルトと呼びましょう。単三電池1本のエネルギーをコンデンサに蓄えるには、アンペア時が3,600アンペア秒であるため、それを保持するために3,600 * 2.8 = 10,080ファラッドが必要になります。
ファラッドを保持するのにマグロの缶のサイズの何かが必要な場合、10,080ファラッドは単三電池1本よりもはるかに多くのスペースを占めることになります！明らかに、高電圧で行わない限り、コンデンサを使用して大量の電力を蓄積することは実用的ではありません。
アプリケーション
コンデンサーとバッテリーの違いは、コンデンサーがその電荷全体をほんの一瞬でダンプできることです。バッテリーが完全に放電するのに数分かかります。カメラのエレクトロニックフラッシュがコンデンサーを使用するのはそのためです。バッテリーはフラッシュのコンデンサーを数秒で充電し、コンデンサーはほぼ瞬時にフル充電をフラッシュチューブにダンプします。これにより、充電された大きなコンデンサが非常に危険になる可能性があります。フラッシュユニットやテレビには、この理由でそれらを開くことについての警告があります。それらは、潜在的に、それらが含む電荷であなたを殺すことができる大きなコンデンサを含んでいます。
コンデンサは、電子回路でいくつかの異なる方法で使用されます。
- 高速使用のために電荷を蓄積するためにコンデンサが使用されることがあります。それがフラッシュの役割です。大きなレーザーもこの技術を使用して、非常に明るく瞬間的なフラッシュを取得します。
- コンデンサは波紋をなくすこともできます。DC電圧を運ぶラインにリップルまたはスパイクがある場合、大きなコンデンサは、ピークを吸収して谷を埋めることにより、電圧を均一にすることができます。
- コンデンサはDC電圧をブロックできます。小さなコンデンサをバッテリーに接続すると、コンデンサが充電されると、バッテリーの極間に電流が流れなくなります。ただし、交流（AC）信号は、妨げられることなくコンデンサを流れます。これは、交流電流が変動するとコンデンサが充放電し、交流電流が流れているように見えるためです。
次のセクションでは、コンデンサの歴史と、最も優秀な頭脳がコンデンサの進歩にどのように貢献したかを見ていきます。
静電容量式タッチスクリーン
コンデンサのより未来的なアプリケーションの1つは、静電容量式タッチスクリーンです。これらは、非常に薄く透明な金属コーティングが施されたガラススクリーンです。内蔵の電極パターンが画面を充電するため、触れると指に電流が流れ、電圧降下が発生します。電圧降下のこの正確な位置は、コントローラーによって取得され、コンピューターに送信されます。これらのタッチスクリーンは、一般的にインタラクティブな建物のディレクトリにあり、最近ではAppleのiPhoneにあります。
コンデンサの歴史
コンデンサの発明は、あなたが誰に尋ねるかによって多少異なります。エヴァルト・ゲオルク・フォン・クライストという名前のドイツの科学者を示す記録があり、11月にコンデンサを発明した1745数ヶ月後にピーテル・ファン・ミュッセンブルーク、ライデン大学のオランダの教授は、の形で非常に類似した装置を思い付いたライデン瓶、これは通常、最初のコンデンサとしてクレジットされます。クライストは詳細な記録やメモを持っておらず、オランダ人の悪名も持っていなかったため、コンデンサの進化への貢献者として見過ごされがちです。しかし、彼らの研究は互いに独立しており、単なる科学的な偶然であることが確立されたため、長年にわたって、両者は同等の信用を与えられてきました[出典：ウィリアムズ]。
ライデン瓶は非常にシンプルな装置でした。それはガラスの瓶で構成され、半分は水で満たされ、内側と外側は金属箔で裏打ちされていました。ガラスは誘電体として機能しましたが、しばらくの間、水が重要な成分であると考えられていました。通常、瓶の上部にあるコルクを介して駆動される金属ワイヤーまたはチェーンがありました。次に、チェーンは、電荷を供給する何か、おそらく手でクランクされた静電発電機に引っ掛けられました。配達されると、瓶はワイヤーで接続されるまで2つの等しいが反対の電荷を平衡状態に保ち、わずかな火花または衝撃を発生させます[出典：Williams ]。
ベンジャミン・フランクリンは、電気の実験でライデン瓶を使って作業しましたが、すぐに平らなガラス片が瓶のモデルと同様に機能することを発見し、平らなコンデンサー、つまりフランクリンの正方形を開発するよう促しました。数年後、英国の化学者Michael Faradayは、彼の実験からの未使用の電子を保存しようとするコンデンサの最初の実用的なアプリケーションを開拓しました。これは、大きな石油バレルから作られた最初の使用可能なコンデンサーにつながりました。ファラデーのコンデンサーの進歩は、最終的に私たちが長距離にわたって電力を供給することを可能にしたものです。電気の分野でのファラデーの業績の結果として、コンデンサの測定単位、つまり静電容量は、ファラッドとして知られるようになりました[出典：ラマサミー]。
初版：2007年9月17日
