高校物理の超簡単な実験シリーズ。コンデンサー２つを直列または並列につなぎ、それぞれのコンデンサーにかかる電圧を測定します。これにより、教科書の理論との一致を確認できます。
少し準備が必要だよ。家庭では、買わないとモノが揃わないかも。
準備物：コンデンサー２つ（2200μF と 1000μF）、リード線、電池、電圧計、その他回路を作るのに必要なもの
コンデンサーの容量は、ある程度大きいものがよいです。乾電池は2本直列なら3Vになります。電圧計は内部抵抗が大きいほどよいです。デジタルテスタでも、学校に昔からあるアナログの電圧計でもOK。
並列接続
電池にコンデンサー２つを並列接続します。電池の両端の電圧 $E$ と、それぞれのコンデンサーにかかる電圧 $V_1$ , $V_2$ の関係は$$E=V_1=V_2$$となっていることを確認しましょう。
それぞれのコンデンサーに充電された電気量 $Q_1$ , $Q_2$ を計算しましょう。この合計が放電可能な電気量です。結局合成容量が $C=C_1+C_2$ となります。
直列接続
放電して電気が溜まっていない状態にして、コンデンサー2つを直列接続して充電します。電池の両端の電圧 $E$ と、それぞれのコンデンサーにかかる電圧 $V_1$ , $V_2$ を計りましょう。すると$$E=V_1+V_2$$となっていることが分かります。注意すべきは $V_1$ , $V_2$ を測定するときです。電圧計の端子を当てる時間を極力短くしてください。でないと、電圧計を通って電流が流れ込み、測定値が狂います。例えば 電池⇒$C_1$のコンデンサ⇒$C_2$のコンデンサ⇒電池 のような回路になっている場合、$C_1$ の両端に電圧計を接続すると、$C_1$ にかかる電圧 $V_1$ はゆっくり下降してしまい、$V_2$ は上昇してしまいます。詳細には$$V_1(t)=\frac{C_2}{C_1+C_2}Ee^{-\frac{t}{R(C_1+C_2)}}$$これを防ぐには測定時間 $t$ を短くするか、時定数 $R(C_1+C_2)$ をなるべく大きくします（$R$ は電圧計の内部抵抗）。
そうすれば、測定結果から$$V_1:V_2=C_2:C_1$$であることが確かめられるはずです。よって$$Q_1=Q_2$$となり、直列接続の理論と一致します。
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