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コンデンサの電荷・エネルギー計算機

ステップ 1 / 3 電荷（Q）
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充電されたコンデンサは電荷とエネルギーの両方を蓄え、どちらも単純な式で表せます。静電容量をマイクロファラド単位で、動作電圧を入力すると、この計算機は蓄積電荷 Q = C·V をクーロンで、蓄積エネルギー E = ½·C·V² をジュールで返し、読みやすいミリ・マイクロ単位に換算します。平滑コンデンサの選定、カメラのフラッシュ用コンデンサの威力の見積もり、あるいはブレッドボードに触れる前にコンデンサバンクがどれだけのエネルギーを放出できるかの確認に便利です。

計算機の使い方

  1. 1

    静電容量を入力する

    値をマイクロファラド（µF）で入力します。100 µF の電解コンデンサは一般的な出発点です。

  2. 2

    電圧を入力する

    電圧降下がある場合は電源ライン側ではなく、実際にコンデンサにかかっている電圧を使います。

  3. 3

    電荷とエネルギーを読み取る

    ツールは Q を mC または µC で、E を mJ または µJ で表示し、入力に応じてリアルタイムに更新します。

計算式

静電容量 C のコンデンサを電圧 V まで充電すると、次の電荷を蓄えます。

Q = C · V

そして次のエネルギーを蓄えます。

E = ½ · C · V²

ここで：

  • C はファラド（F）単位の静電容量です。マイクロファラドは 1 µF = 0.000001 F で換算します。
  • V はボルト（V）単位の電圧です。
  • Q はクーロン（C）単位の電荷です。
  • E はジュール（J）単位のエネルギーです。

エネルギーは電圧の2乗に依存するため、電圧を2倍にすると蓄積エネルギーは4倍になりますが、電荷は2倍にしかなりません。

計算例

12 V まで充電した 100 µF のコンデンサを考えます。

  • C = 100 µF = 0.0001 F
  • Q = C · V = 0.0001 × 12 = 0.0012 C = 1.2 mC
  • E = ½ · C · V² = 0.5 × 0.0001 × 12² = 0.5 × 0.0001 × 144 = 0.0072 J = 7.2 mJ

したがって、このコンデンサは 1.2 mC の電荷と 7.2 mJ のエネルギーを蓄えています。

クイックリファレンス

静電容量 電圧 電荷（Q） エネルギー（E）
1 µF 5 V 5 µC 12.5 µJ
100 µF 12 V 1.2 mC 7.2 mJ
470 µF 25 V 11.75 mC 146.9 mJ
1000 µF 50 V 50 mC 1250 mJ

避けるべき落とし穴

  • 単位に注意。 静電容量はほぼ常に µF、nF、pF で表示されます。手計算の前にファラドへ換算してください。本計算機は入力が µF 単位であることを前提とします。
  • 定格電圧を守る。 コンデンサを定格電圧を超えて充電してはいけません。役に立たせるエネルギーは、故障を激しくするエネルギーでもあります。
  • 大型バンクは危険。 大容量・高電圧のコンデンサは、電源を切ったあとも長時間にわたり危険な電荷を保持することがあります。取り扱う前に必ず抵抗を通して放電してください。
  • エネルギー ≠ 電荷。 両者は電圧に対する変化のしかたが異なり、Q は線形、E は2乗に比例します。この2つを混同するのは典型的な間違いです。

よくある質問

電荷（Q = C·V）は極板上の電気の量で、単位はクーロンです。エネルギー（E = ½·C·V²）は電界に蓄えられた仕事で、単位はジュールです。電荷は電圧に対して線形に増えますが、エネルギーは電圧の2乗に比例して増えるため、高電圧のコンデンサは電荷だけから想像されるよりもはるかに多くのエネルギーを蓄えます。

コンデンサが充電されるとき、電圧はゼロから最終値まで上昇するため、充電中の平均電圧は最終電圧の半分になります。充電過程を積分すると E = ½·C·V² が得られ、これは運動エネルギーの式に現れるのと同じ2分の1です。

はい。まず合成静電容量を求め（並列：足し合わせる、直列：逆数を足し合わせる）、その単一の等価値を、組み合わせ全体にかかる電圧とともにここに入力してください。

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