In this video we're going to be looking at capacitors to learn how they work, where we use them and why they are important.

このビデオでは、コンデンサーがどのように機能し、どこで使われ、なぜ重要なのかを学びます。

Remember electricity is dangerous and can be fatal, you should be qualified and competent to carry out any electrical work.

電気工事を行うには、資格と能力を備えていなければなりません。

Do not touch the terminals of a capacitor as it can cause an electric shock.

感電の恐れがありますので、コンデンサの端子には触れないでください。

So what is a capacitor?

では、コンデンサーとは何か？

A capacitor stores electric charge.

コンデンサーは電荷を蓄える。

It's a little bit like a battery except it stores energy in a different way.

異なる方法でエネルギーを蓄えることを除けば、バッテリーに少し似ている。

It can't store as much energy as a battery although it can charge and release its energy much faster.

バッテリーのように多くのエネルギーを蓄えることはできないが、充電とエネルギーの放出ははるかに速い。

This is very useful and that's why you'll find capacitors used in almost every circuit board.

これは非常に便利で、ほとんどの回路基板にコンデンサーが使われているのはそのためだ。

So how does the capacitor work?

では、コンデンサーの仕組みは？

I want you to first think of a water pipe with water flowing through it.

まず、水が流れる水道管を思い浮かべてほしい。

The water will continue to flow until we shut the valve, then no water can flow.

バルブを閉めれば水は流れなくなる。

However, if after the valve we first let the water flow into a tank, then the tank will store some of the water but we will continue to get water flowing out of the pipe.

しかし、バルブの後、まずタンクに水を流すと、タンクには水が貯まるが、パイプからは水が出続ける。

Now when we close the valve, water will stop pouring into the tank but we still get a steady supply of water out until the tank empties.

これでバルブを閉めれば、タンクへの注水は止まるが、タンクが空になるまで安定した水が供給される。

Once the tank is filled again, we can open and close the valve as many times as we like.

一度満タンにすれば、あとは何度でもバルブを開け閉めできる。

As long as we do not completely empty the tank, we will get an uninterrupted supply of water out of the end of the pipe.

タンクを完全に空にしない限り、パイプの端から途切れることなく水が供給される。

So we can use a water tank to store water and smooth out interruptions to the supply.

だから、貯水タンクを使って水を貯め、供給の中断をスムーズにすることができる。

In electrical circuits, the capacitor acts as the water tank and stores energy.

電気回路では、コンデンサーは水タンクの役割を果たし、エネルギーを蓄える。

It can release this to smooth out interruptions to the supply.

供給の中断をスムーズにするために、これを放出することができる。

If we turned a simple circuit on and off very fast without a capacitor, then the light will flash.

コンデンサーなしで単純な回路を高速でオン・オフすれば、光は点滅する。

But if we connect a capacitor into the circuit, then the light will remain on during the interruptions, at least for a short duration, because the capacitor is now discharging and powering the circuit.

しかし、コンデンサーを回路に接続すれば、コンデンサーが放電して回路に電力を供給するため、少なくとも短時間は、中断中もライトは点灯したままになる。

Inside a basic capacitor, we have two conductive metal plates, which are typically made from aluminium or aluminium, and these will be separated by dielectric insulating material such as ceramic.

基本的なコンデンサーの内部には、2枚の導電性金属板があり、これは一般的にアルミニウムやアルミニウムで作られており、セラミックなどの誘電性絶縁材料で隔てられています。

Dielectric means the material will polarise when in contact with an electric field, and we'll see what that means shortly.

誘電体とは、電界と接触すると分極する材料のことで、それが何を意味するかは後ほど説明する。

One side of the capacitor is connected to the positive side of the circuit and the other side is connected to the negative.

コンデンサーの片側は回路のプラス側に接続され、もう片側はマイナス側に接続されている。

On the side of the capacitor, you will see a stripe and a symbol.

コンデンサーの側面に、ストライプとシンボルが見えます。

This will indicate which side is the negative.

これで、どちらがマイナスかを示すことができる。

If we were to connect a capacitor to a battery, the voltage will push the electrons from the negative terminal over to the capacitor.

コンデンサーをバッテリーに接続すると、電圧によってマイナス端子の電子がコンデンサーに押し出される。

The electrons will build up on one plate of the capacitor, while the other plate in turn releases some electrons.

電子はコンデンサーの一方のプレートに蓄積され、他方のプレートは電子を放出する。

The electrons can't pass through the capacitor because of the insulating material.

絶縁体のため、電子はコンデンサーを通過できない。

Eventually, the capacitor is the same voltage as the battery and no more electrons will flow.

やがてコンデンサーはバッテリーと同じ電圧になり、電子は流れなくなる。

There is now a build-up of electrons on one side.

現在、片側に電子が蓄積している。

This means we have stored energy and we can release this when needed.

つまり、私たちはエネルギーを蓄えていて、必要なときにそれを放出できるのだ。

Because there are more electrons on one side compared to the other, and the electrons are negatively charged, this means we have one side which is negative and one side which is positive, so there is a difference in potential or a voltage difference between the two, and we can measure this with a multimeter.

片方の電子はもう片方の電子より多く、電子はマイナスに帯電しているため、片方はマイナス、片方はプラスということになり、両者の間には電位差、つまり電圧差が生じ、これをマルチメーターで測定することができる。

Voltage is like pressure.

電圧は圧力のようなものだ。

When we measure pressure, we're measuring the difference or potential difference between two points.

圧力を測定するとき、私たちは2点間の差または電位差を測定している。

If you imagine a pressurised water pipe, we can see the pressure using a pressure gauge.

加圧された水道管を想像すると、圧力計を使って圧力を見ることができる。

The pressure gauge is comparing two different points also.

圧力計も2つの異なるポイントを比較している。

The pressure inside the pipe compared to the atmospheric pressure outside the pipe.

パイプ内部の圧力とパイプ外部の大気圧の比較。

When the tank is empty, the gauge reads zero because the pressure inside the tank is now equal to the pressure outside the tank, so the gauge has nothing to compare against.

タンクが空になると、タンク内の圧力とタンク外の圧力が等しくなるため、ゲージはゼロを示す。

Both are the same pressure.

どちらも同じ圧力だ。

The same with voltage.

電圧も同じだ。

We're comparing the difference between two points.

2点間の差を比較しているのだ。

If we measure across a 1.5 volt battery, then we read a difference of 1.5 volts between each end.

1.5ボルトの電池で測定すれば、両端間に1.5ボルトの差がある。

But if we measure the same end, then we read zero because there is no difference, it's going to be the same.

しかし、同じ端で測定すれば、差がないためゼロと読み取れる。

Coming back to the capacitor, we measure across and read a voltage difference between the two because of the build-up of electrons.

コンデンサーに戻ると、電子が蓄積されるため、両者の間に電圧差が生じる。

We still get this reading even when we disconnect the battery.

バッテリーを取り外してもこの数値が出る。

If you remember with magnets, opposites attract and pull towards each other.

磁石を思い出せば、正反対のものは互いに引き合い、引っ張り合う。

The same occurs with the build-up of negatively charged electrons.

負に帯電した電子の蓄積でも同じことが起こる。

They are attracted to the positively charged particles of their atoms on the opposite plate.

反対側のプレート上にあるプラスに帯電した原子の粒子に引き寄せられるのだ。

They can never reach each other because of the insulating material.

断熱材があるため、互いに接触することはない。

This pull between the two sides is an electric field which holds the electrons in place until another path is made.

この両者の間の引っ張り合いが電界となり、別の経路ができるまで電子をその場に留めておく。

If we then place a small lamp into the circuit, a path now exists for the electrons to flow and reach the opposite side.

次に小さなランプを回路に入れると、電子が流れて反対側に到達する経路ができる。

So the electrons will flow through the lamp powering it and the electrons will reach the other side of the capacitor.

そのため、電子は電力を供給するランプの中を流れ、電子はコンデンサーの反対側に到達する。

This will only last a short duration though until the build-up of electrons equalises on each side.

しかし、この状態が続くのは、両側の電子の蓄積が均等になるまでの短い期間だけである。

Then the voltage is zero, so there is no pushing force and no electrons will flow.

すると電圧はゼロになり、押し出す力も電子も流れなくなる。

Once we connect the battery again, the capacitor will begin to charge.

バッテリーを再び接続すると、コンデンサーは充電を開始する。

This allows us to interrupt the power supply and the capacitor will provide power during these interruptions.

これにより、電源供給を中断することができ、コンデンサーはこの中断中に電力を供給する。

So where do we use capacitors?

では、コンデンサーはどこで使うのか？

They look a little bit different but they are easy to spot.

見た目は少し違うが、見つけるのは簡単だ。

In circuit boards they tend to look something like this.

回路基板では、このような形になることが多い。

And we see them represented in engineering drawings with symbols like these.

そして、エンジニアリングの図面では、このような記号で表現されている。

We can also get larger capacitors which are used for example on induction motors, ceiling fans and air conditioning units.

また、誘導モーター、シーリングファン、エアコンなどに使用される大型のコンデンサも入手できる。

We can get even larger ones which are used to create poor power factor in large buildings.

大型ビルの力率を低下させるために使用される、さらに大型のものも手に入る。

On the side of the capacitor we will find two values.

コンデンサーの側面には2つの値がある。

These are the capacitance and the voltage.

これらはキャパシタンスと電圧である。

We measure capacitance of the capacitor in the unit of farads which we show with a capital F, although we will usually measure a capacitor in microfarads.

コンデンサの静電容量は、通常マイクロファラッド単位で測定されるが、ここでは大文字のFで示すファラッド単位で測定する。

With microfarads we just have a symbol before this which looks something like a letter U with a tail.

マイクロファラッドでは、この前にUの字に尻尾がついたような記号があるだけだ。

The other value is our voltage which we measure in volts with a capital V.

もう一つの値は電圧で、大文字のVで表される。

On the capacitor the voltage value is the maximum voltage which the capacitor can handle.

コンデンサの電圧値は、コンデンサが扱える最大電圧である。

We have covered voltage in detail in a separate video, do check that out, link is down below.

電圧については別のビデオで詳しく取り上げているので、そちらをご覧いただきたい。

As I said the capacitor is rated to handle a certain voltage.

私が言ったように、コンデンサーはある電圧に対応する定格を持っている。

If we were to exceed this then the capacitor will explode.

これを超えるとコンデンサーは爆発する。

Let's have a look at that in slow motion.

スローモーションで見てみよう。

Ah, pretty cool.

ああ、なかなかいいね。

So why do we use capacitors?

では、なぜコンデンサーを使うのか？

One of the most common applications of capacitors in large buildings is for power factor correction.

大規模ビルにおけるコンデンサの最も一般的な用途のひとつは、力率改善である。

When too many inductive loads are placed into a circuit the current and the voltage waveforms will fall out of sync with each other and the current will lag behind the voltage.

回路に誘導負荷が多すぎると、電流と電圧の波形が同期しなくなり、電流が電圧より遅れてしまう。

We then use capacitor banks to counteract this and bring the two back into alignment.

そして、コンデンサーバンクを使ってこれを打ち消し、2つの整列を戻す。

We've covered power factor before in great detail, do check that out, link is down below.

以前、力率について詳しく説明したことがある。

Another very common application is to smooth out peaks when converting AC to DC power.

もう一つの非常に一般的な用途は、ACからDCへの電力変換時にピークを平滑化することである。

When we use a full bridge rectifier the AC sine wave is flipped to make the negative cycle flow in a positive direction.

フルブリッジ整流器を使うと、交流の正弦波が反転して負のサイクルが正の方向に流れる。

This will trick the circuit into thinking it's getting direct current, but one of the problems with this method is the gaps in between the peaks.

これで回路は直流電流が流れていると錯覚するが、この方法の問題点のひとつは、ピークとピークの間にギャップがあることだ。

But as we saw earlier, we can use the capacitor to release energy into the circuit during these interruptions and that will smooth the power supply out to look more like a DC supply.

しかし、先に見たように、このような中断の間にコンデンサーを使って回路にエネルギーを放出すれば、電源がより直流電源のように滑らかになる。

We can measure the capacitance and the stored voltage using a multimeter.

マルチメーターを使えば、静電容量と蓄積電圧を測定できる。

Not all multimeters have the capacitance function, but I'll leave a link down below for the You should be very careful with capacitors, as we now know they store energy and can hold high voltage values for a long time even when disconnected from a circuit.

すべてのマルチメーターにキャパシタンス機能が付いているわけではありませんが、以下にリンクを貼っておきます。 コンデンサーの取り扱いには十分注意する必要があります。コンデンサはエネルギーを蓄え、回路から切り離しても高い電圧値を長時間保持できることが分かっているからです。

To check the voltage we switch to DC voltage on our meter and then we connect the red wire to the positive side of the capacitor and the black wire to the negative side.

電圧をチェックするには、メーターで直流電圧に切り替えてから、赤いワイヤーをコンデンサーのプラス側に、黒いワイヤーをマイナス側に接続する。

If we get a reading of several volts or more then we should discharge that by safely connecting the terminals to a resistor and continue to read the voltage.

数ボルト以上の測定値が得られたら、端子を抵抗に安全に接続して放電し、電圧を測定し続けなければならない。

We want to make sure that it's reduced down into the millivolts range before handling it else we might get a shock.

扱う前に、ミリボルトの範囲まで電圧が下がっていることを確認したい。

To measure the capacitance we simply switch the meter to the capacitor function.

静電容量を測定するには、メーターをコンデンサー機能に切り替えるだけでいい。

We connect the red wire to the positive side and the black wire to the negative side.

赤線をプラス側に、黒線をマイナス側に接続する。

After a short delay the meter will give us a reading.

しばらく待つと、メーターが数値を表示する。

We will probably get a reading close to the stated value but not exact.

おそらく、記載値に近い数値は得られるだろうが、正確ではない。

For example this one is rated at 1000 microfarads, but when we read it we get a measurement of around 946.

例えば、これは定格1000マイクロファラッドですが、読み取ると約946の測定値が得られます。

This one is rated at 33 microfarads, but when we measure it we get around 36.

これは定格33マイクロファラッドだが、測定すると約36マイクロファラッドになる。

Ok guys that's it for this video but to continue your learning then check out one of the videos on screen now and I'll catch you there for the next lesson.

でも、学習を続けるには、今画面に映っているビデオをチェックしてください。

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