KuriKumaChan’s diary

Kuri ちゃんと Kuma ちゃんの飼い主の独り言

ゆるくアマチュア無線 - 少しだけ「分かったつもり」になる - コンデンサとコイル、コンデンサには本当に交流が流れるの?

試験勉強をしている間は「分かった感」を楽しんでいたのですが、試験自体が終わってしまうとすっかり「楽しい」思いも薄れてきています。実は「楽しい」と感じていたのは「試験勉強の辛さを感じないようにする脳内誤解」だったかも知れませんが、とは言えせっかく「なーるほど!」と思った新鮮さは大切にしたいので、いくつか「要点マスター」をベースに勉強していて「分かったつもり」になれたことの中から 2,3書いておこうと思います。

30年前の試験勉強はコンデンサもコイルもただの記憶するだけの単語

以前も書きましたが、30年前に第四級の資格を取った際も確か当時の「要点マスター」で勉強したと思います。当時はまだ若くで「死ぬほど働く」のが正しいという時代。働き盛りの会社員が趣味の試験勉強をするのに丁寧に理解しながら準備するなんていう時間は全く無く、そもそも「アマチュア無線に興味を持った」という理由よりは「トランシーバーという道具を友人との遊びで使いたい!」というのがモチベーションでしたから、試験対策は基本詰め込むだけの暗記だけ。当時一緒に受験した理系大学出身の先輩は真面目に理解していたのかも知れませんが、私はコンデンサもコイルもおまじないのようにただただ暗記していたような気がします。

最初に「要点マスター」に一通り目を通して気付いたコンデンサとコイル

今回は試験準備のための時間はたっぷりあったので、最初に「要点マスター」を買ってやったのが、分かっても分からなくてもできるだけ丁寧に読み通してみたことです(除く計算)。 そうすると、【基礎知識】に出てきたコンデンサとコイルのリアクタンス(容量性と誘導性)から共振(周波数)、【送信機・受信機】フィルター、【電源】平滑回路、【空中線】共振、短縮コンデンサ、延長コイルなどと単語ベースで見ても繋がっていそうなことは分かりました。 【基礎知識】で出てきた「共振」が【空中線】のポイントになっていそうだと分かると、なんと無くですけれども【基礎知識】の「共振周波数」が大切なのだろうなと思い、そうすると後々計算問題で容量性リアクタンスと誘導性リアクタンスの式を覚えるにあたっても「これはこの先の理解に通じるはずだ!」と暗記する負担はだいぶ軽減されていたような気がします。
あと「要点マスター」だけでは良くわからないと思うとネットで初歩の電気回路の基礎のようなサイトを調べてみたり、「やっぱりもう少しちゃんと理解したいな」と感じると読み物的な本を読んでみたりするようになりました。これも計算は飛ばして解説だけでも読み通すことができて(理解はともかく)、コンデンサやコイルに対する親しみ(?)が湧いたりしました。

インピーダンス、レジスタンス、リアクタンスの関係が分かったことが一つの突破口かも

実際には大して理解が深まったわけでは無いのでしょうけれども、色々な関連性が見えてきて「へー」って思う回数が増えてくると、勉強も苦ではなくなってきました。
これも前に書いたことですが、長年にわたって単語自体は無線の世界だけではなくオーディオの世界でも普通に耳にしてきた「インピーダンス」が

「インピーダンスは周波数によって値が変化しないレジスタンス(抵抗)と周波数によって電流の流れにくさが変わるリアクタンスを合わせたものです。」

という説明を読んだ時には目から鱗が落ちるような気がしました。別にこれで何か大きな課題が解けたわけではないのですが、「電流の流れにくさには周波数に影響されるものと影響されるのがある。」ことを知って、「あ、それじゃぁ周波数のある交流の世界は直流と違うんだな」と改めて思いました。もちろん問題集も解説も必ず直流回路の説明と交流回路の説明に分かれて構成されていたことは知っていたのですけれど。

コンデンサには交流が流れる、というけれどコンデンサの中を電流は流れないよね?

コンデンサに直流電圧を加えると、瞬間的に電流が流れて電気が蓄えられ、すぐにその電流は流れなくなります。交流電圧を加えた場合には、電圧の大きさと方向が時間とともに変化するため、コンデンサは充電と放電が繰り返されるので、絶えず交流電流が流れます

これは「要点マスター」の参考書部分の一番最初【基礎知識】の最初のページに書いてあること。ですので、暗記事項としては「コンデンサには交流電流が流れます」は頭に入れてあって、その少し後に出てきたコンデンサのリアクタンス(容量製リアクタンス)の解説のところでは、
「コンデンサには交流電流が流れるのだから、その交流の周波数が高ければ抵抗(リアクタンス)は小さくなるのね。」
と雰囲気で腹落ちさせていました。しかしずっとモヤモヤしていたことがあります。
「コンデンサには直流の電流は流れないのだから、交流だからといってコンデンサの中を通って電流が流れることはないよねぇ。
という思い。そうやって考えてしまうと、要点マスターに書いてあることまで疑わしく感じたりしました。

ネットって凄い - TDK の説明

今更ですが、こう言ったモヤモヤをネットで調べると何かしらの手がかりが掴めるのが凄いですね!上で書いたインピーダンスとリアクタンスの関係の話などはそのものズバリの説明があって、物凄い腹落ちをしたのですが、コンデンサと交流に関しては、私の疑問にストレートに答えてくれるものにはなかなか出会うことが出来なかったのですが、
「何やら普通に電流が流れるのとは少し違うらしい」
という雰囲気の説明が多数見受けられました。

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TDK のコンデンサ(キャパシタ)の説明資料より
TDK の資料を読むと
絶縁体内部で電子の移動が起きているわけではありません
とあり、さらに
「実質的に交流電流が流れているのと同等であり、このためコンデンサは交流電流を通過させるとみなせます。」
と書いてあり、「やっぱりコンデンサの中を通って電流が流れるわけでは無いんだ!」「通常の電流が流れるのとは違って、『みなし』なんだ」と分かりました。 変位電流を調べてみると、実は奥が深そうで大学の講義資料やマックスウェルの方程式などというおどろおどろしいものに繋がっていくようです。
しかし、交流であっても例えば抵抗と同じようにコンデンサの中身(誘電体)を通して、両側の電極に接続された同線を電子が流れることはない、ことがはっきりし、抵抗を流れる電流(伝導電流)とは違う「みなしの電流(変位電流)」だ、と知ることが出来ただけでなんだかとても分かってつもりになれました。なんだかちょっと物知りになれた気にもなれます。

コンデンサ(キャパシタ)を見せてくれる Youtuber イチケンさん

私には時間的余裕があったので、ネットで調べ物をするついでに YouTube もいろいろ見ることが出来ました。その中でも面白く!分かりやすいと思ったのがイチケンさんという方の YouTube チャンネル。コンデンサとキャパシタが同じものだということが分かったり(今まではキャパシタというのは大容量のものだと思っていた)、実際に小さいコンデンサからでかいコンデンサまで紹介してくれたりして、要点マスターの文字と回路記号の世界のコンデンサから、実世界のコンデンサ(キャパシタ)へと繋いでくれた気がします。

youtu.be

ちなみに勉強だと思わずに色々電気に関して敷居を下げてくれる動画(ANKER とダイソーの充電器の比較とか、USB-C 100ポート充電器の作成とか)も色々あります。ぜひチャンネル登録して見てみることをお勧めします!

youtu.be

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こうして少しづつ自分のモチベーションアップができると楽しくなりますよね。今回のアマチュア無線の試験勉強ではこうした「分かったつもり」になって楽しく勉強できたので良かったと思います。