電流、電圧が理解できません

質問

電流、電圧が理解できません

本当に初歩的な質問で申し訳ございません。
私はもういい大人ですが、電流、電圧というものが
理解できません。

学生時代にオームの法則を習い、計算式は覚えております。
しかし、電流と電圧の関係が良く分かりません。
専門書を読んだこともありますが、難しすぎて
分かりませんでした。

有知識者の方、分かりやすく教えて頂けないでしょうか？

以下は私のイメージ（すごく幼稚ですいません）です。
大きな誤解があるかもしれませんので参考に記載致します。

・電圧は電流を流そうとする力
・電流が流れると電流とは逆向きに電圧が流れる
・電流は電子の移動によって起きる
・電圧があると自然と電流が流れる

よろしくお願いします。

回答No.3

foitec · ベストアンサー

＞・電流は、電位差のある物質を流れる（高電位から低電位へ電荷が移動）

　　電荷は＋とーがあります。
　　電子にはー（マイナス）の電荷があり（電荷の単位はQ（クーロン）で電子には10のマイナス19乗クーロンの電荷が存在します）
　　正電位の方に引かれて移動します。
　　ここはイメージなのであまり深く考える必要は無いのですが、通常（通例）電流は＋からーへ流れると定義されています。
　　これを定義しておかないと例えばキルヒホッフの法則などで閉回路の電流の向きを定義できません。

　　しかし、実際には電荷が移動することが電流と言えるので厳密には電流はー電位から＋電位方向へ流れるのです。

　　電荷の移動した部分は電位的には＋になるのでそれを「正孔（ホール）」と呼びます。

従って　
＞（高電位から低電位へ電荷が移動）
ではなくマイナスの電荷（負電荷）は低電位から高電位方向へ移動する　ことになります。

＞・その時、電子は、電荷と逆方向に移動する

　　電位差のある環境では負電荷の移動は電子の移動なので負電荷の移動＝電子の移動になります。

＞・すべての物質は原子の集まりでできていて、原子核の周りに電子が回っている…(？)

　　そうですね。原子番号１の水素は原子核の周りに電子が1個回っています。

＞・物質が持っている抵抗力によって、流れる電流の量が決まる…(?)

　　電機抵抗力ですね。
　　電気抵抗は第一に物質を構成する原子の熱振動とに結晶の格子欠陥も抵抗の要素になります。
　　また金属の場合は熱を加えると電気抵抗が大きくなります。　

＞疑問
「電流が流れる」という現象は常日頃、身の回りで勝手に起きているのでしょうか？

　電流と磁力には大きな因果関係があります。
　例えば永久自作のＮ-Ｓの間に金属線を移動させると磁力線を直角に横切った方向に電流が流れます。
　フレミング右手の法則で発電機の原理ですね。

　ただ「勝手に」流れることはありません。　エネルギーの保存則からも常温においては（外的要素がない限り）ありません。

＞全ての物質は原子の集まりであれば、日常的に接しているモノにも
＞電子があって、それぞれに電圧値が決まっていて、電位差のある場所を
＞電流が流れ続けているのでしょうか。

　それそれに電圧値が決まっていると言う意味が分りません。
　日常に接しているもの全てはその構成している物質の分子構造＝原子構造に応じた電子は存在します。

　でも原子核の周りを回る電子は中心の原子核と平衡（バランス）されているわけです。
　この電子が原子核の拘束を破って外へ飛び出すにはそれ相当の外部エネルギーが必要です。
　その外部エネルギーが電位差であったり「熱」であったりします。（熱電子放出といいます）

＞空気中でも電子の移動があり、知らないところで電流が流れているのでしょうか？

　空気は通常酸素・窒素・水素の元素が大要素なのでその原子構造は単純且つ非常に安定しています。
　従って空気そのもので自由に電子が移動するような物凄いエネルギーが加えられない限りありえません。
　例えば雷などですね。

＞もし電流が勝手に流れているのであれば、抵抗が弱く、電位差が凄く大きなモノを
＞用意すれば、そのモノには勝手に大きな電流が流れるということですよね。
＞（だとすると…回路を作るときに電池とか電源がいるのはなぜだろう…）

　前提条件がちょっと違いますね。
　「電位差が大きな物」という前提が違います。電位差を得るには必ず外部からエネルギーを加える必要があります。

　ただ、物質を絶対零度付近（-273.15℃）まで冷やすと部室の電気抵抗はゼロになります。
　そうなると一度その物質の閉回路に流した電流は永久に流れ続けることができます。
　これを超伝道効果といいますこれを利用してるのがＪＲ東海のリニアモーター列車になります。
　（実際には絶対零度にはならないのである一定のエネルギーを与え続けますが）

かなり端折った解説です。　詳しい方が読んだら歯痒いかもしれませんがご了承ください。

お礼

回答ありがとうございます。

電子や電荷、電位差などを
もう少し勉強しようと思いました。

まさか、今になって電気が気になるとは…
学生時代に勉強しておけば良かったと痛感しました。

ご親切に回答頂き、ありがとうございました。

回答No.2

foitec

＞・電圧は電流を流そうとする力

その解釈でよいでしょう。
電圧＝電位差　です。
電流の流れている物体の両端の電位差です。
流れる電流をIとし、物質の抵抗値をRとすれば物質の両端の電位差Eは
E=I×Rです。

＞・電流が流れると電流とは逆向きに電圧が流れる

電圧が流れる　という　表現は意味が分りません。
電流とは物質中に流れる電子の流れです。
電子は電荷を持っていますから電荷の流れが電流と言えます。
電流の流れは電子の移動を意味しますから電子の移動により空いた空間を正孔（ホール）が埋めます。
ホールの流れと電子の移動方向は逆になりますから便宜上電流を＋から-へ流れると定義している場合
実際には電子はその逆の流れになると言うことです。
提議の問題なのであまり気にしない方が良いでしょう。

＞・電流は電子の移動によって起きる

前述どおりです。
電子の移動はフェルミレベルと呼ばれる電位障壁を越えたときに両端の電位差により起こります。

＞・電圧があると自然と電流が流れる

電圧（電位差）はエネルギーレベルです。
流れるものが必要です。
流れる度合いは電位差の生じている物質の障壁によります。
金属ならば電気抵抗（電子の流れを阻害する不純物質）が小さいので大きな電流を流せます。
電気抵抗は水道の蛇口や水道管の出水栓を思えば分り易いでしょう。

電気抵抗が高いと同じ電流を流すのに大きなエネルギーを必要としますから抵抗が大きいと両端の電圧は高くなります。
従って抵抗値を変化させることにより流れる電流を制御できることになります、
これを応用したものがトランジスタ（Transfar Rgistor)といえます。

水の流れている水道のホースを指で押さえたとき上流は圧力が上がり下流は（水が流れてこないか流れにくくなるので）圧力が下がります。
この圧力差が電位差＝電圧。E=I×R
抑えている（流れにくくしている力）を抵抗。
下流に流れる水流を電流と言えるでしょうね。

抑える力が一定ならば上流の水圧を上げると水流は増えるし
水流が一定ならば抑える力を弱くすると水流が増えると言う関係が
I=E/R　ですね。

補足

ご丁寧で詳しい回答ありがとうございます。

回答を読み、物置から電気の教科書を引っ張ってきて、
調べてみました。そこで疑問点が沸いてしましました。（すいません…）
間抜けな質問かもしれませんが、もし、お時間があれば教えてください。

イメージ
・電流は、電位差のある物質を流れる（高電位から低電位へ電荷が移動）
・その時、電子は、電荷と逆方向に移動する
・すべての物質は原子の集まりでできていて、原子核の周りに電子が回っている…(？)
・物質が持っている抵抗力によって、流れる電流の量が決まる…(?)

疑問
「電流が流れる」という現象は常日頃、身の回りで勝手に起きているのでしょうか？
全ての物質は原子の集まりであれば、日常的に接しているモノにも
電子があって、それぞれに電圧値が決まっていて、電位差のある場所を
電流が流れ続けているのでしょうか。
空気中でも電子の移動があり、知らないところで電流が流れているのでしょうか？

もし電流が勝手に流れているのであれば、抵抗が弱く、電位差が凄く大きなモノを
用意すれば、そのモノには勝手に大きな電流が流れるということですよね。
（だとすると…回路を作るときに電池とか電源がいるのはなぜだろう…）

よろしくお願いします。、

回答No.1

a0832669

有識者ではありませんが、水の流れをイメージすれば簡単だと思いますよ。
＞・電圧は電流を流そうとする力
水が高いところから低いところへ流れるための高さだと考えると簡単です。
＞・電流が流れると電流とは逆向きに電圧が流れる
これは考えないほうがいいと思います。
＞・電流は電子の移動によって起きる
その通りですが、電子の流れる方向と電流の流れる方向が違います。
＞・電圧があると自然と電流が流れる
そうとは限りません。水にたとえますが高いところに水があっても流れ出すところがないと水は流れません。

ついでに高いところから低いところ水が流れる時の傾斜角度が流れやすさ（流れにくさが抵抗）となります。

理解されることを期待します。

お礼

回答ありがとうございます。
お礼が遅くなり申し訳ございません。

日常的に電化製品を使っているのに、電気を知らないのは
不味いと思い、興味を持ちました。
もう少し勉強してみようと思います。