コンデンサーの合成容量〜直列と並列が抵抗と逆になる仕組み
コンデンサーの合成容量は、抵抗と逆の形になります。並列で足し算、直列で逆数の和です[1]。
丸暗記すると、抵抗のほうと入れかわります。どちらがそろうかを追えば、式は自分で作れる。
並列は電圧がそろう
並列につないだコンデンサーは、どれも同じ 2 点のあいだにあるので電圧が等しくなります[1]。
電荷のほうは分かれます。それぞれが をため、全部を足したものが全体の電荷。
でくくれば、合成容量が足し算だと分かります。
直列は電荷がそろう
直列では、どのコンデンサーにも同じ大きさの電荷がたまります[1]。
理由は、あいだにはさまれた導体が電池とつながっていないことです。全体としては電気的に中性のまま、片側に 、反対側に が現れる。1 か所に がたまれば、鎖のように同じ が並びます。
電圧のほうが分かれます。
括弧の中が にあたります。2 個だけなら和分の積も使えます。
抵抗と逆になる理由
抵抗 は流れにくさをあらわし、容量 はたまりやすさをあらわします。向きが逆の量なので、合成の形も入れかわる。
比べるなら、 ではなく を「たまりにくさ」として見ます。この は と同じふるまいをする。直列で足され、並列で逆数の和になります。
流れにくさ。直列で足し算、並列で逆数の和。並列にすると小さくなる
たまりやすさ。並列で足し算、直列で逆数の和。直列にすると小さくなる
形で見ると納得できる
同じコンデンサー 2 個を並列にすると、極板の面積が 2 倍になったのと同じです。 の が倍になる。
直列にすると、間隔が 2 倍になったのと同じ。 が倍になるので容量は半分です[2]。

つなぎ方の式を忘れても、極板の形がどう変わったかを思い出せば向きが決まります。並列は横に広がり、直列は縦に伸びる。
直列にすると容量は減りますが、耐えられる電圧は上がり ます。電圧が分かれるので、1 個あたりに掛かる負担が軽くなる。
高い電圧を扱う回路でコンデンサーを直列に並べるのは、容量を減らすためではなく、この分担のため。
例 1:並列でつなぐ
、、 を並列にします[1]。
いちばん大きい よりさらに大きくなります。並列では必ずこうなる。
例 2:直列でつなぐ
同じ 3 個を直列にします[1]。
いちばん小さい よりさらに小さくなりました。直列では必ずこうなります。
例 3:直列での電圧の分かれ方
と を直列にし、 を掛けます。
合成容量は 。たまる電荷は次のとおり。
この が両方に共通です。電圧はそれぞれ と 。
小さい容量のほうに大きい電圧が掛かります。抵抗の直列とは逆の分かれ方になる。
例 4:混ざった回路
と の直列に、 を並列でつなぎます。
直列の部分からまとめます。
これに を並列で足して 。抵抗のときと手順は同じで、足す場所だけが入れかわります。
例 5:同じものを並べる
を 個並列にすると 、直列にすると です。
4 個なら と 。同じ部品でも、つなぎ方で 16 倍の差が出ます。
例 6:エネルギーで確かめる
例 3 の回路で、それぞれがたくわえるエネルギーを出します。 を使う。
合計は 。合成容量から出した と一致します。
と を直列につなぎました。合成容量はいくつですか。
抵抗との対応
| つなぎ方 | 抵抗 | コンデンサー |
|---|---|---|
| 直列 | そろうのは電流 | そろうのは電荷 |
| 直列の合成 | ||
| 並列 | そろうのは電圧 | そろうのは電圧 |
| 並列の合成 |
並列はどちらも電圧がそろいます。分かれるのが抵抗では電流、コンデンサーでは電荷。
直列でそろうものが違うところが、式の形を分けています。抵抗は電流、コンデンサーは電荷。ここを押さえておけば、どちらの式も導き直せます。

















和分の積で 4.0×12/(4.0+12)=3.0μF です。直列の合成は、いちばん小さい 4.0μF よりさらに小さくなります。16μF は並列にした場合の値。抵抗の直列と混ぜると、この 2 つが入れかわります。