科学の公式・電磁気編3　コンデンサー・変圧器 : サイエンスジャーナル

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　コンデンサーとは何か？
　コンデンサーとは、静電容量により電荷（電気エネルギー）を蓄えたり、放出したりする素子である。コンデンサーのしくみは、絶縁体（誘電体）によって分離された2枚の電極若しくは電極板によって構成される。

　コンデンサーは、電気を貯める働きがあるので、これを利用してさまざまな製品がつくられている。

　例えば、カメラのストロボでは、高い電圧の電気をためておいて一気に放電させるがこれもコンデンサーのはたらきだ。デジカメのフラッシュメモリ（SDカードやメモリスティック）や、パソコンの増設メモリも、実は小さな小さなコンデンサーで、１か０の情報を電気の形で蓄えている。大きな物では、コンデンサーを電気自動車のバッテリの代わりに使うという使い方もある。

　また、電気を貯めるということは、電圧の急激な変化を吸収できるので、電圧を一定させる働きがある。これを利用して交流を直流に変えるアダプターに使われる。また、音響装置などのノイズを電圧の変化に置き換えて、コンデンサーを使って取りのぞくことができる。オーディオのノイズリダクションやイコライザーがそれである。

　コンデンサーのしくみ
　コンデンサーの容量は電極の面積に比例、電極間の距離に反比例する。また間に挟む絶縁体（誘電体）の誘電率にも比例する。

　平行に配置された電極板のコンデンサの容量は電気容量をC、極板間の電圧をV、コンデンサーに蓄える電気量をQとすると、次のように表せる。

　　　Q ＝ C V

　また、極板の面積をS、電極板間の距離をd、電極板間の誘電体の誘電率をεとすると、S、εに比例、dに反比例するので、次のように表せる。

　　　C ＝ ε S／d

　静電容量 C の単位は F（ファラド）が使われる。通常使われるコンデンサは数 pF - 数万μF程度であるが、電気二重層コンデンサなどでは数十Fオーダーの大容量の物もある。両端の端子に印加できる電圧（耐圧）は、6.3V - 10kV程度までさまざまである。

　1ファラド(F)は、1クーロン(C)の電気量を充電したときに1ボルト(V)の直流の電圧を生ずる2導体間の静電容量である。

　1クーロンは、1秒間に1アンペアの電流によって運ばれる電荷（電気量）が1クーロンとなる。

　変圧器とは何か？
　変圧器は、交流電力の電圧の高さを電磁誘導を利用して変換する電力機器・電子部品である。トランスとも呼ぶ。

　変圧の基本原理入力巻線（一次巻線）の交流電流により変化する磁場を発生させ、それを相互インダクタンスで結合された出力巻線（二次巻線）に伝え、再び電流に変換している。

　変圧器によって電圧を変更することを変圧といい、電圧を上昇させることを昇圧、逆に下降させることを降圧という。

　変圧比・巻数比・変流比
　一次電圧 V1 と二次電圧 V2 の比を変圧比という。また、一次巻数 N1 と二次巻数 N2 の比を巻数比または変成比という。また、一次電流を I1、二次電流を I2とすると次のように表せる。