コンデンサのエネルギー計算機の使い方
静電容量の数値と単位を選び、端子間の電圧を入力します。理想状態で蓄えられるエネルギーを主結果として、電荷量と単位換算も確認できます。
表示された値をどう読むか
ジュールは蓄えられたエネルギーの量、クーロンは電極に分かれて蓄えられた電荷の量です。mJはJの1,000分の1、Whは3,600 Jに相当します。表示方法が変わってもエネルギー自体は同じです。
たとえば10 mFを9 Vで充電すると0.405 J、電荷は0.09 Cです。100 μFを300 Vで充電した場合は4.5 Jと0.03 Cになり、容量が小さくても高い電圧によってエネルギーが大きくなります。
計算式と電圧の影響
Cはファラド単位の静電容量、Vはボルト単位の電圧です。エネルギーEは電圧の2乗に比例しますが、電荷Qは電圧に比例します。電圧を2倍にすると、エネルギーは4倍です。
10 nFを100 Vで使う例では、エネルギーは0.00005 J、つまり0.05 mJ、電荷は0.000001 Cです。小さな容量では、このような桁になることも珍しくありません。
部品の表記に合わせて単位を選ぶ
pF、nF、μF、mFはそれぞれ10⁻¹² F、10⁻⁹ F、10⁻⁶ F、10⁻³ Fです。隣り合う単位は1,000倍違います。100 μFを100 mFとして入力すると、結果も1,000倍ずれます。
1,000 nF、1 μF、0.001 mFは同じ容量です。入力欄にゼロを並べるより、部品やデータシートに書かれた接頭語をそのまま選ぶ方が安全です。
実際に取り出せる量には損失がある
計算値は理想的なコンデンサの電界エネルギーです。実部品ではESR、漏れ電流、容量許容差、負荷回路の効率が影響します。機器は電圧がゼロになる前に停止するため、全量を利用できるとは限りません。
定格電圧や極性は計算機では決められません。必ずデータシートを確認してください。高電圧のコンデンサは電源を切った後も危険な電荷を残すことがあります。
コンデンサのエネルギーに関する疑問
式の意味と実回路に持ち込むときの注意点を短くまとめます。
なぜ式に1/2が入るのですか？
充電中の電圧は0から最終値Vまで上昇します。その過程で行う仕事を合計するとQV/2となり、E = CV²/2が得られます。
電圧0 Vでも計算できますか？
はい。理想状態では電荷QもエネルギーEも0になります。
計算結果から動作時間が分かりますか？
エネルギーだけでは決まりません。負荷電力、効率、抵抗、使用できる電圧範囲が必要です。
ESRは含まれていますか？
含まれていません。ESRによる発熱や電圧降下は、理想式とは別に評価します。
定格電圧を超えてもよいですか？
いけません。誘電体の破壊や発熱、故障の原因になるため、部品の定格と回路設計に従ってください。
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