大容量コンデンサーを用いた実験（３）
静電エネルギー
１ 目的：
手回し発電器を接続したコンデンサーを放電させ、そのハンドルの回転数から蓄えられた静電エネルギーを定量化し、静電エネルギー・電気容量・充電電圧の関係を調べる。
２ 準備：
大容量コンデンサー（１Ｆ、0.5Ｆ、0.25Ｆ）、手回し発電器、直流電圧計、リード線、グラフ用紙
３ 理論：
コンデンサーに蓄えられる静電エネルギーは、Ｕ＝1/2ＣＶ２と表される。静電エネルギーＵ［Ｊ］は手回し発電器の回転数ｎ［回］に比例することから、これを測定すれば、静電エネルギーＵ［Ｊ］が充電電圧Ｖ［ｖ］の２乗に比例することや電気容量Ｃ［Ｆ］に正比例することが確認できる。
４ 実験操作：
(1) 下の図のように、コンデンサー、手回し発電器、電圧計をリード線で接続する。
(2) 手回し発電気を回してコンデンサーを充電し、電圧計の目盛りが７．０ｖ程度になったらハンドルから手を放す。充電する際、コンデンサーの耐電圧以上に電圧が加わらないように注意する。
(3) ハンドルの回転が安定するように、発電器をまっすぐ保持する。
(4) しばらくすると電圧計の目盛りがＶ＝６．０［ｖ］まで下がってくる。このときから、放電が終わるまでのハンドルの回転数を数える。
(5) 同様にして、５．５ｖ〜１．０ｖの充電についてもハンドルの回転数を数える
(6) 静電容量の異なったコンデンサーについても同様にして実験をする。
５ 実験結果の記録：
電気容量Ｃ＝（ ）Ｆ
| 充電電圧Ｖ［Ｖ］ |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
3.5 |
4.0 |
4.5 |
5.0 |
5.5 |
6.0 |
| ﾊﾝﾄﾞﾙの回転数ｎ［回］ |
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電気容量Ｃ＝（ ）Ｆ
| 充電電圧Ｖ［Ｖ］ |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
3.5 |
4.0 |
4.5 |
5.0 |
5.5 |
6.0 |
| ﾊﾝﾄﾞﾙの回転数ｎ［回］ |
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電気容量Ｃ＝（ ）Ｆ
| 充電電圧Ｖ［Ｖ］ |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
3.5 |
4.0 |
4.5 |
5.0 |
5.5 |
6.0 |
| ﾊﾝﾄﾞﾙの回転数ｎ［回］ |
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６ 考察：
(1) 横軸にＶ［Ｖ］、縦軸にｎ［回］をとって、得られた測定値を記入し、それらの点をなめらかに結んでグラフをつくれ。
(2) コンデンサーに蓄えられた静電エネルギーと充電電圧との間には、どのような関係があるといえるか。グラフから考察せよ。
(3) コンデンサーを充電する際、充電電圧（電圧計の読み）と手回し発電器の手ごたえや、回転速度について気付いたことを記せ。
７ 実験結果例
電気容量Ｃ＝（ １．０）Ｆ 耐電圧５．０Ｖ
| 充電電圧Ｖ［Ｖ］ |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
3.5 |
4.0 |
4.5 |
5.0 |
5.5 |
6.0 |
| ﾊﾝﾄﾞﾙの回転数ｎ［回］ |
2.5 |
7.5 |
12.0 |
22.0 |
35.0 |
48.0 |
63.0 |
82.5 |
99.5 |
- |
- |
電気容量Ｃ＝（０．４７）Ｆ 耐電圧１０Ｖ
| 充電電圧Ｖ［Ｖ］ |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
3.5 |
4.0 |
4.5 |
5.0 |
5.5 |
6.0 |
| ﾊﾝﾄﾞﾙの回転数ｎ［回］ |
1.5 |
4.0 |
7.5 |
12.0 |
17.0 |
23.5 |
30.0 |
40.0 |
48.5 |
59.0 |
69.5 |
電気容量Ｃ＝（０．２２）Ｆ 耐電圧１０Ｖ
| 充電電圧Ｖ［Ｖ］ |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
3.5 |
4.0 |
4.5 |
5.0 |
5.5 |
6.0 |
| ﾊﾝﾄﾞﾙの回転数ｎ［回］ |
0.5 |
2.0 |
3.5 |
5.5 |
8.5 |
12.0 |
16.0 |
20.0 |
23.5 |
29.0 |
35.0 |
