電気の基本法則／コンデンサ接続（直列）       

コンデンサに蓄積される電荷Ｑと静電容量Ｃ、電圧Ｖの関係式
電荷Ｑ[C] ＝ 静電容量Ｃ[F] × 電圧Ｖ[V]
静電容量Ｃ[F]  ＝ 電荷Ｑ[C] ／ 電圧Ｖ[V]
電圧Ｖ[V] ＝ 電荷Ｑ[C] ／ 静電容量Ｃ[F]
コンデンサの直列接続の合成静電容量C0をシュミレーションします。
［直列接続］
2個直列： C0＝C1×C2／(C1＋C2) [F]
3個直列： C0＝C1×C2×C3／(C1×C2＋C2×C3＋C1×C3) [F]
   1) Toolbarの回路図作成アイコンを使用し部品配置と結線を行います。

   2) Simulate／Edit Simulation Commandによりシミュレーションの設定を行います。

   3)  をクリックしますと、グラフエリアが追加され、シミュレーションを開始します。
         コンデンサの充電電流(抵抗R1電流)と、コンデンサ電圧(V1〜V3)を出力します。

   4) 電源投入時、コンデンサ電荷Q＝0[C]ですから、
V＝Q／C 式 より V1＝V2＝V3＝0 [V]
抵抗R1に流れる電流I(R1)は、オームの法則より
電流I(R1)＝(10−V1)[V]／R[Ω]＝10／10＝1 [A]
電流I(R1)によりコンデンサは充電され（コンデンサC1-C3電荷Q1-Q3増加）
V＝Q／C 式 よりV1-V3は上昇していきます。
V1-V3が上昇すると、電流I(R1)＝(10−V1)[V]／R[Ω] により、I(R1)は下降します。
   5) コンデンサ充電が完了している700mS後では、
VC＝10 [V]  I(R1)＝0 [A]
コンデンサC1〜C3に充電された電荷Q1〜Q3は、
Q1＝C1×(V1−V2)  Q2＝C2×(V2−V3)Q3＝C3×V3
コンデンサ充電完了時のV2とV3をグラフカーソルから読取ります。


V1−V2＝10−5.15904＝ 4.84096[V]
V2−V3＝5.15904−1.93458＝ 3.22446[V]
   6) C1〜C3に蓄積された電荷Qは同じですがシミュレーション誤差がありますので平均をとります。

静電容量Ｃ[F]＝電荷Ｑ[C]／電圧Ｖ[V]ですから、
合成静電容量 C0＝0.09676／10 ≒ 0.00967 [F]となります。
   7) コンデンサ直列接続の原理図を下図に示します。

コンデンサ電圧はコンデンサ静電容量に反比例し、コンデンサ電荷は同じです。
疑似的には上右図の様な形態に表現できます。
   8) 公式 C0＝C1×C2×C3／(C1×C2＋C2×C3＋C1×C3) [F]で計算すると、

合成静電容量 C0＝0.009677419[F]で、6)のシミュレーションで求めた値と一致します。