充電回路の簡単な例として、抵抗コンデンサ回路が挙げられます。例えば、電池、抵抗器、充電されていないコンデンサが直列に接続されたスイッチを考えてみます。スイッチが開いている場合、閉回路の導電経路を遮断します。スイッチが閉じている場合、回路には電流が流れます。最初は電流Iが最大で、電池の電圧Vを抵抗器Rの抵抗値で割った値になります。その後、時間の経過とともにコンデンサの電荷qが増加します。コンデンサが充電されるにつれて、回路を流れる電流は減少し、コンデンサが完全に充電されると電流値はゼロになります。アンペア数は電流の単位です。
1. 時定数(緩和時間とも呼ばれます)を計算します。時定数Tは、抵抗Rと静電容量Cの積で次のように表されます:T=R*C秒。例えば、C =1e-6ファラッド(指数を示すためにea表記)、R=10e6オームの場合、時定数T = 1e-6*10e6 = 10秒となります。この値は、コンデンサの充電速度を示します。
2. 電流の最大値を計算します。電流Iの最大値は、スイッチが最初に閉じた時に得られ、I = V/Rアンペアで表されます。ここでも、Rは抵抗、Vは電池両端の電圧です。電流の例では、V = 12 V、R = 10e6オームなので、電流Iは12/10e6 = 1.2e-6アンペアとなります。
3. スイッチが閉じられた後の特定の時刻における瞬間電流を計算します。瞬間電流をiとします。これは、式i = I*exp(-t/T) Aによって電流Iの最大値と関連しています。ここで、Tは時定数、tはスイッチが閉じられてからの経過時間、exp()は指数関数です。電流の例では、C = 1e-6ファラッド、R = 10e6オーム、バッテリーの電圧が12Vです。スイッチが閉じられた後の電流の初期値はステップ2で1.2e-6 Aと決定され、ステップ1の時定数は10秒、時刻tにおける瞬間電流はi = 1.2e-6exp(-t/10)アンペアです。スイッチが閉じられてから5秒が経過した場合、瞬間電流はi = 1.2e-6exp(-5/10)アンペアです。 exp 関数はほとんどの計算機に搭載されており、exp(-5/10)=0.606 となり、瞬間電流は i = 1.2e-6*0.606 = 0.727e-6 アンペアとなります。