今回の実験

今回はコンデンサに電荷が蓄えられていく過程や電荷を放出していく過程を観測します。

■実験方法
１．図のように、コンデンサCと抵抗Rとプッシュスイッチ2個をブレッドボード上に配線します。


２．電源を投入し、プッシュスイッチ②のみを押し、コンデンサCの電圧を0Vにします。
３．プッシュスイッチ②を離しプッシュスイッチ①を押すと、5V電源から抵抗Rを通りコンデンサCに
　電荷が供給されコンデンサCの電圧が上昇し、電圧計Vの表示が5Vに近づいていくことを
　観察します。
４．プッシュスイッチ①を離しプッシュスイッチ②を押すと、逆にコンデンサCの電荷は抵抗を通じて
　放出されコンデンサCの電圧は低下し、電圧計Vの表示が0Vに近づいていくことを観察します。
５．抵抗Rを10kΩ・1kΩに変更、またコンデンサCを10μF・1μFに変更し、上記の２～４を同様に
　行い電圧計Vの変化を観察します。
６．電圧計Vを5Vにしプッシュスイッチ①②を押さない状態で電圧値を観測します。

■実験結果
・実験方法１～４を実施します。　プッシュスイッチ①を押すと電圧計Vの表示が増加し、プッシュスイッチ②を押すと電圧計Vの表示が減少していくことが確認できました。
増加と減少の傾きは一定ではなく、それぞれ増加時は5Vに近づくと緩やかに、減少時は0Vに近づくと緩やかになることが分かりました。

・実験方法５の抵抗とコンデンサの値を変化させると以下のような違いが分かりました。

・実験方法６については、電圧の変化がおきませんでした。

■考察
電荷が蓄えられ電圧が変化する速さはCRの積で決まります。
CRの積は時定数と呼びます。実験方法５のそれぞれの組み合わせの時定数を以下の表に示します。

実験方法６の結果では電圧の変化はおきないとしましたが、実際には少しずつ電圧が低下していきます。　それは電圧計側などにもコンデンサから電荷が流出していくためです。
（電圧計には大きな内部抵抗があります。そのため時定数も大きくなりますので、かなりゆっくり電圧低下します）

今回の実験部材

■プッシュスイッチ

プッシュスイッチは、ボタンを押すことで内部の接点を開閉する部品です。
ボタンを押している間は接点が接触し導通、離すと断線するモーメンタリ型と、ボタンを押すことで導通と断線が繰り返されるオルタネート型（保持型）の2種類があります。
いずれも様々な電子機器に使用されています。
スイッチはプッシュスイッチ以外にも動作方式の違いで、スライドスイッチ、ロータリースイッチ、トグルスイッチなど多くの種類があります。