capacitor.gif

Basic experiment of the capacitor
One evening , when I take bath with my son, we played with cup and dipper. I poured the water on the cup to the dipper. Because the dipper is bigger than the cup, the level of the water on the dipper becomes lower than the level of the cup. I planned to experiment the same thing with electricity.
I went to the shack , and I made the circuit shown on Fig2. Actually 10V battery is the voltage variable DC supply. C1 is the Chemical capacitor of 47 micro (u) farads. C2 is the Chemical capacitor of 100 micro (u) farads. In order to measure the voltage , I connected the oscilloscope instead of the voltage meter. Switches are the lead wires actually.

1. At first, I turned on the switch1, and charged the capacitor1. Then Voltage meter indicated the voltage 10 volts. I decided to call the voltage of this timing as V1. I decided to call the quantity of the electron of this timing as Q1. Then Q1=V1*Q1=10V* 47uF=470uC (micro coulombs)
2. Next, I turned off the switch 1, and cut the power supply from the circuit.
3. Next, I turned the switch2, and charged the capacitor2 with the electron charged on the capacitor1. Then the voltage meter indicated the voltage of this two parallel capacitors as V2 ,3 volts. The quantity of this timing is calculated as Q2=(C1+C2)*V2=(47uF+100uF)*3V=447uC.
Because the capacitance of the Electric capacitor is not so correct, this experiment has many errors.

In this experiment , all of the electron charged on the capacitor1 is not poured on capacitor2. On the last timing the capacitor1 and the capacitor2 connected parallel share the electron of each other. The Fig3 indicates the image of this experiment.

Next, I made another experiment with changing the capacitor 1 and 2 each other. Then , V1=10V, V2=6V. In this case ,
Q1=C1*V1=100uF*10V=1000uC
Q2=(C1+C2)*V2=147uF*6V=882uC

You will say that this experiment is not so correct, but I could experience the relation between cup and dipper with capacitors.

******Description add on 7Feb2000************
I bought the digital bolt meter on the last of 1999. So I made this experiment with it.
1. C1=47uF,C2=47uF,V1=19.69V, V2=9.94V,V2 must be (V1)/2=19.69/2=9.84V,difference is 0.48%
2. C1=47uF,C2=94uF(two 47uF parallel),V1=19.69V, V2=6.55V,V2 must be (V1)/3=19.69/3=6.65V,difference is 0.56%
3. C1=47uF,C2=141uF(three 47uF parallel),V1=19.69V, V2=5.02V,V2 must be (V1)/4=19.69/4=4.92V,difference is0.56%
I used the same bag of capacitors in this experiment. Anyway I feel that the difference between the calculation and measurement is very small.I think that this experiment is good to educate what is capacitor.

******Description add on 17Mar2001**********
My friend Mr.Hashimoto taught me that this experiment can be done without any power sause if you have an analogue tester. Please charge the capacitor with "Ohm" renge with your tester! It nedds about 30 second to make full charge. After that you should change the tester to DC voltage range! And after that you can continue as I descrive in upper of this page.

コンデンサーの基礎的実験

ある晩、３歳の息子と風呂に入っていて、コップのお湯をひしゃくに入れたり戻したりして遊んでいて、「どっちが大きいか。」なんていって遊んでいた時に、ふと、これと同じ事を電気でやってみようという気になりました。学校で、いろいろと、授業で実験をやりましたが、この実験はやった記憶がなかったからです。

シャックに入って、図２の様な回路を組んでみました。１０Ｖの電源は電圧調整のできる安定化電源、Ｃ１とＣ２は、それぞれ４７μファラッドと１００μファラッドの電解コンデンサー、Ｖは電圧計がわりのオッシロスコープです。ＳＷ１とＳＷ２は、実際は導線を触らせたり、離したりしているだけです。

１．まずスイッチ１を閉じて、コンデンサー１を１０ボルトにチャージします。この時電圧計は１０ボルトを示します。これをＶ１とします。この時Ｃ１に貯えられた電荷をＱ１クーロンとすると、Ｑ１＝Ｃ１＊Ｖ１＝４７μＦ＊１０Ｖ＝４７０μＣ（マイクロクーロン）です。
２．つぎに、スイッチ１を開いて、電源を切り離します。
３．次に、スイッチ２を閉じて、Ｃ１の電荷でＣ２を充電（チャージ）します。この時、電圧計の指示をＶ２とすると、Ｖ２は３ボルトを示しました。この時全体の電荷をＱ２とすると、Ｑ２＝（Ｃ１＋Ｃ２）＊Ｖ２＝（４７μＦ＋１００μＦ）＊３Ｖ＝４４７μＣです。ほぼ、Ｑ１＝Ｑ２になっています。ちょうどにならないのは実験の誤差で、電解コンデンサーの呼び容量がいいかげんなせいだとおもいます。

この実験では、コンデンサー１の電荷を全てコンデンサー２に移したのではなくて、コンデンサー１と２に分け与えた事になっています。つまり、図３の様に、細いボトル１に最初水を貯えておいて、次に蛇口を閉めてから、ボトル２に通じる弁を開けて、ボトル１と２の水位が等しくなって、終わった事に相当します。

次に、Ｃ１とＣ２を入れ替えて実験した所、Ｖ１＝１０Ｖ，Ｖ２＝６Ｖでした。
この場合は、
Ｑ１＝Ｃ１＊Ｖ１＝１００μＦ＊１０Ｖ＝１０００μＣ
Ｑ２＝（Ｃ１＋Ｃ２）＊Ｖ２＝１４７μＦ＊６Ｖ＝８８２μＣ
となります。

あまり正確な実験にはなりませんでしたが、とにかく、
始めに大きな甕（かめ）に水を溜めておいた場合は、細い甕とつないでも、水位はあまり減らない、逆に、最初に細い甕に水を溜めておいて、太い甕をつないだ場合には、ずいぶん水位が下がってしまう。
という事が、定性的には実験できました。

＊＊＊＊＊記載追加：７ＦＥＢ２０００＊＊＊＊＊
これまで、私はいわゆる「デジボル」という物をもっておらず、上記の実験では、オッシロスコープを高入力抵抗の電圧計として使用してきましたが、昨年末にデジボルを購入したので、上の実験をやり直してみました。
1. C1=47uF,C2=47uF,V1=19.69V, V2=9.94V,以上実験値。計算上はV2=(V1)/2=19.69/2=9.84Vで実験値と計算値の誤差は0.48%
2. C1=47uF,C2=94uF(two 47uF parallel),V1=19.69V, V2=6.55V,以上実験値。計算上はV2 =(V1)/3=19.69/3=6.65Vで実験値と計算値の誤差は0.56%
3. C1=47uF,C2=141uF(three 47uF parallel),V1=19.69V, V2=5.02V,以上実験値。計算上はV2=(V1)/4=19.69/4=4.92Vで実験値と計算値の誤差は0.56%
今回の実験では、同じ袋に入った、いわゆる「袋買い」の電解コンデンサーを使用しました。いずれにしろ、誤差は少ないです。教育機関でコンデンサーの原理の教育には、手軽でいい実験だとおもいます。

*****記載追加１６Ｍａｒ２００１********
手紙ありがとうございます。おこういうまじめな質問は歓迎です。こたえは「だめとはいいきれないが、やめたほうがよい。」です。２個の直列接続したダイオードに適当な逆電圧をかけて、その逆電圧がどいうふうに分圧されてそれぞれのにかかるか、実験してみてください。その逆方向の分圧比は逆方向の内部抵抗というよりは、逆方向の静電容量比に依存するとおもいます。逆方向の静電容量比はメーカーの保証されない部分ですので、結果的に分圧比はどうなるかわからないので、最悪１個あたり２８０％覚悟したほうがよいと思います。
上記の対策として、一昔前のリニアアンプ用１ｋＶ電源（いまでもそうかも）には、ダイオードが直列で使われていましたが、ダイオードに並列に０．００１μＦ程度のコンデンサーを着けて、容量のばらつきを吸収していましたね。
ではまた。砂村
From: H.E&T[SMTP:[email protected]] Sent: Wednesday, March 14, 2001 12:18 To: [email protected]
Subject: 質問　
金沢市の橋本です。すみませんが、またひとつ教えてください。　シリコンダイオードを真空管ラジオのB電圧の整流に使用する場合、本には、「交流入力電圧の2√2倍の耐圧のものを使いなさい」と書かれています。これは、たとえばAC100Vを整流するときには耐圧が280V以上のダイオードを使えという意味だと思います。　それでは、4本のダイオードを使ってブリッジ整流をする際は、逆電圧が2本のダイオードで分圧されるから、半分の耐圧 ( AC電圧の√2倍 ) でOKということになるのでしょうか。　もしそうだとすると、最初から4本のダイオードがブリッジ型に組まれた整流器の場合も、定格の√2分の1の電圧まで使用できるのですか。　通販の広告でよく見かけるものに、W04 ( 400V, 1.5A ) という整流器がありますが、これはAC280Vまで整流できると考えてよいのでしょうか。　毎度お手数をおかけしますが、よろしくお願いいたします。
追　伸　127番「コンデンサの基礎的実験」が面白そうだったので、アナログテスタを使ってやってみました。これなら別に電源を用意する必要がありません。　まずテスタをオーム計の低いレンジにして、470μFを充電します。約5秒で充電できます。次に、この470μFと、もうひとつ別の470μFのリード線を接触させて放電します。テスタをDC電圧計にしてコンデンサの端子電圧を測ってみたところ、両方とも 0.75Vでした。　また、同じように充電した470μFを、今度は1000μFのコンデンサにつないでみたところ、電圧は両者とも0.5Vになりました。一方、220μFで放電させると電圧は0.9V までしか下がりませんでした。　だいたい計算通りの結果ですね。それではまた。金沢市　　橋本剛　　[email protected]

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