2枚の金属板を向かい合わせにして、 電気を蓄えたり、放出したりする装置 を コンデンサー と言います。

コンデンサーは一体どのようにして電荷を充電するのでしょうか？ コンデンサーは、例えば次の図のような装置になります。

面積S[m²]の2枚の金属板が向かい合っています。コンデンサーにおけるこの2枚の金属板を 極板 と呼びます。極板間の距離はd[m]とします。最初、2枚の金属の持つ電気量は0[C]で、まだ電荷が蓄えられていません。

最初0[C]の状態のコンデンサーに、図のように電池をつないで電荷を蓄えてみましょう。

電池をつなぐと、プラスの電荷が下の極板から上の極板に運ばれる、という作業が繰り返されます。すると、上の極板はプラスに帯電し、下の極板はマイナスに帯電しますね。

上の極板に電気量+Q[C]が蓄えられたとき、下の極板の電気量-Q[C]となります。これが、まさに コンデンサーの充電 です。

コンデンサーに蓄えられた電気量を問われたら、1つの極板に注目して、その極板の電気量を答えましょう。今回の例では、コンデンサーに蓄えられた電気量は+Q[C]です。上と下で極板の値が異なるからといって、和を考えてはいけません。あくまでも、コンデンサーに蓄えられる電気量とは、1つの極板の電気量のことです。

次に、充電されたコンデンサーの極板間における 電場 と 電位差 について考えてみましょう。先ほどの例で、2枚の極板は上が+Q[C]、下が-Q[C]なので、 極板間には下向きの電場E[V/m]が発生 しますね。

電場が下向きにはたらくとき、電位差も発生します。 電場は電位が減少する方向にはたらく ので、 上の極板が高電位、下の極板が低電位 と言うことが分かります。したがって、下の極板を基準0[V]とし、上の極板は+V[V]としましょう。

つまり、コンデンサーに電気が蓄えられると、電位差V[V]が生まれるということです。

極板間の距離がd[m]のコンデンサーに、電気量+Q[C]が蓄えられたとします。このとき、極板間に生じる電場の大きさE[V/m]と電位差V[V]の関係式について考えてみましょう。

極板間に生じる下向きの電場E[V/m]は 一様 です。一様な電場では、(静電気力E)×(距離d)で求められる 仕事 と、 位置エネルギーの差 である 電位差V[V] が等しくなる関係から、
E×d=V
つまり、
E=V/d [V/m]
と表すことができますね。

コンデンサーの電場Eは極板間の距離dに反比例 するということを覚えておいてください。