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コンデンサ放電で抵抗変化による発熱の変化
2023/10/20 16:32
- コンデンサ放電時における抵抗の変化が、抵抗部での発熱量にどのような影響を与えるのかについて理解できません。
- 抵抗が大きくなると消費電力が増え、抵抗部の発熱量も増加すると考えていますが、理論的な説明ができません。
- 質問者は電気についての知識が不足しており、コンデンサ放電時の抵抗変化と発熱に関して教えていただきたいとのことです。
コンデンサ放電で抵抗変化による発熱の変化
2020/11/25 16:04
充電されたコンデンサを放電した場合、抵抗の大きさ変化によって、抵抗部での発熱量がどのように変わるのかイマイチ理解できません。
コンデンサ⇔抵抗⇔アース
※コンデンサ静電エネルギーは一定
※抵抗が大きくなったとしてもアースには十分電気が流れる
※コンデンサ内の電荷は全て放電する
自分の中でのイメージでは
抵抗が大きくなる⇒消費電力が多くなる(アースへ流れるの電気エネルギーが減る)⇒消費電力が多い分、抵抗部の発熱が多くなる
なのですが、理論が繋がりません。
業務内容が変わり、電気に関して今まで勉強することがありませんでした。ご教授頂けますでしょうか。
質問者が選んだベストアンサー
●以下のご意見には誤りがあります。
抵抗が大きくなる⇒消費電力が多くなる(アースへ流れるの電気エネルギーが減る)⇒消費電力が多い分、抵抗部の発熱が多くなる
●修正(損失の無い、理論コンデンサと理論抵抗として)
抵抗が大きくなる⇒抵抗に流れる電流が減る⇒コンデンサの放電時間が長くなる⇒時間当たりの発熱は小さいが、完全放電までの時間での発熱量は抵抗が小さい場合と同じ。(低めの発熱が長く続く)
●逆に
抵抗が小さい場合⇒抵抗に流れる電流が増える⇒コンデンサの放電時間が短くなる⇒時間当たりの発熱は大きいが、完全放電までの時間での発熱量は抵抗が大きい場合と同じ。
↓
※何故なら、コンデンサCに溜まっている電荷は一定だからです。
他に少し難しい式が有りますが、ここでは概念だけを書きました。
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その他の回答 (4件中 1~4件目)
先の方も述べられている通りコンデンサに充電されているエネルギーは決まっているので抵抗が変わっても抵抗で消費されるエネルギーは充電されている分だけです。違うのは放電に要する時間だけです。
あと抵抗の温度上昇については消費エネルギーによる発熱と周囲への放熱のバランスですのでピーク温度は抵抗が小さいほど瞬時に発熱するので高くなると思います。
コンデンサに蓄えられるエネルギーは、1/2×CV^2で与えられます。
ここで、Cは静電容量(F)、Vは充電電圧(V)です。
何Ωの抵抗器をつないで蓄えられたエネルギーを放電しても、完全にゼロVまで放電させれば、抵抗器で消費するエネルギーは一定であり、抵抗器の寸法形状等が同等であれば、抵抗値に関わらず温度上昇は同等です。
唯一気を付ける必要があるのは、充放電サイクルの時間に比べて、抵抗値が大きい場合は、放電時間が長くかかるため、放電期間の間にコンデンサに蓄えられたエネルギーが全て放電するとする仮定が成り立たなくなることです。
理屈っぽいことで恐縮ですが、エネルギーとパワー(時間当たりのエネルギー)をしっかり区別することが現象を正しく理解することにつながると思います。
コンデンサの静電エネルギー(電荷と電圧)が一定であるのであれば、放電時の発熱量も一定となります。
しかし、抵抗Rの単位時間当たりの発熱Wは、抵抗両端電圧Vと流れる電流Iの積であるので、W=VIです。
そして、オームの法則から、I=V/Rなので、W=V^2/Rとなり、抵抗に反比例して小さくなります。
しかし、放電時間は抵抗に比例して長くなります。
詳しくは以下を参照してください。
https://physnotes.jp/em/capacitor-char-dischar/
なので、抵抗が変わろうとも、発熱量自体は一定で、それをゆっくりちまちまと発熱させるか、短時間で一気に発熱させるかの違いになります。
なお、抵抗が大きいほど、熱が溜まる前に空気中などへ放熱できるので、抵抗の表面温度は低くできます。
補足
2020/11/25 16:47
ありがとうございます。自分のイメージが間違っておりました。
結論としては、電荷が一緒であれば抵抗値が変化しても発熱量は一緒ということでしょうか?
もし可能であれば、式を教えて頂けますでしょうか。