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計算を入力してください

空気:1.00059、石英:3.8、真空:1

公式

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結果

静電容量 C
0.000000000004
ファラド(F)
= マイクロファラド(μF) 0.0000044297 uF
= ナノファラド(nF) 0.00442971 nF
= ピコファラド(pF) 4.429706 pF

この計算ツールでできること

このツールは、理想的な平行平板コンデンサの静電容量を計算します。平行平板コンデンサは、2枚の平らな導体板の間を絶縁体(誘電体)で隔て、その間に電荷を蓄える素子です。静電容量は、極板の面積や極板間の距離といった形状と、極板間に挟む誘電体の種類だけで決まります。これは世界共通のSI単位にもとづく物理で、特定の国や地域のルールには左右されません。

使い方

まず、極板間に挟む物質の比誘電率を入力します(真空=1、空気≒1.00059、石英≒3.8)。次に極板の面積と極板間の距離を、それぞれプルダウンから使いやすい単位を選んで入力してください。ツールが内部ですべてをSI単位(メートル・平方メートル)に換算し、静電容量をファラド(F)で求めます。さらに見やすいように、同じ値をマイクロファラド(μF)・ナノファラド(nF)・ピコファラド(pF)でも表示します。

計算式の解説

静電容量は次の式で求められます。$$C = \varepsilon_r \cdot \varepsilon_0 \cdot \frac{S}{d}$$ここで \(\varepsilon_r\) は無次元の比誘電率、\(\varepsilon_0 = 8.85418781762 \times 10^{-12}\ \text{F/m}\) は真空の誘電率、\(S\) は極板の面積(m²)、\(d\) は極板間の距離(m)です。極板が大きいほど、また誘電率の高い誘電体を使うほど静電容量は大きくなり、逆に極板間の距離が広がるほど小さくなります。

極板面積S、間隔d、誘電体epsilon_rを示す平行平板コンデンサ
静電容量は極板面積S、間隔d、誘電体の比誘電率によって決まります。

計算例

空気(\(\varepsilon_r = 1.00059\))、極板の面積 \(S = 500\ \text{mm}^2\)、極板間の距離 \(d = 1\ \text{mm}\) の場合を考えます。単位換算すると、\(S = 500 \times 10^{-6} = 5 \times 10^{-4}\ \text{m}^2\)、\(d = 1 \times 10^{-3} = 10^{-3}\ \text{m}\) となり、\(S/d = 0.5\ \text{m}\) です。これを式に入れると、$$C = 1.00059 \times 8.85418781762 \times 10^{-12} \times 0.5 \approx 4.4297 \times 10^{-12}\ \text{F}$$つまり約 \(4.4297\ \text{pF}\) となります。

よくある質問

教科書の値と「だいたい一致」する程度なのはなぜ? このモデルは極板の端で生じる漏れ電界(フリンジング電界)を無視しています。そのため、極板の寸法が極板間の距離 \(d\) よりも十分に大きいときに最も精度が高くなります。

距離をゼロのままにするとどうなる? 距離がゼロだとゼロ除算になってしまうため、\(d \le 0\) の場合は静電容量を0として返します。必ず正の値を入力してください。

比誘電率にはどんな値を使えばよい? 真空なら1、空気なら約1.00059を使います。それ以外の絶縁体については、その材料の比誘電率(誘電率定数)を調べて入力してください(例:石英なら約3.8)。

最終更新: