銅線がショートする理由

質問

こんにちは、

ある銅線に、抵抗を繋がずに、大電流を流すと、ショートして焼けきれますが、これは、金属原子同士の金属結合が切れて、蒸発するから起こるのでしょうか？

また、例えば、ある両端を切った銅線を、強烈な磁束を切るように運動させて、強烈な起電力を起こさせた場合、銅線には電流は流れませんが、このときも銅線はショートするのでしょうか？

回答No.7

kenojisan · ベストアンサー

回答No4の者です。
>等速度運動の代わりに、加速度運動させても、同様でしょうか？
加速度運動をさせても、電流が流れない以上磁場による影響は有りません。ただ、銅線を加速するという運動学的なエネルギーは要りますが。

補足

お返事ありがとうございます。
よく考えてみますと、下記疑問が湧きます。
磁石をコイルの中に入れたり、出したりすると、コイルに起電力が発生しますが、本に書いてある絵は、コイルが途中で切れていますが、この状態では電流が流れないのでしょうか？コイルが切れている場合は、検流計を繋いだときだけ、閉回路になるので、電流が流れるのでしょうか？（なぜか、観測したときだけ、粒として出現する量子を思い出します。）

回答No.8

hypnotize

No.１＝No.３です。
No.４とNo.７の補足に対する回答ですが、コイルが切れている時は経路が無いので電流は流れません。計器を接続すれば閉回路となり、電流が流れます。

元々の質問に対する再回答ですが、ジュール熱が発生するためには電流が必要で、電流が流れるためには流れる経路が必要です。電流が流れる経路とは閉回路のことです。

従って閉回路の無いところにジュール熱は発生しません。ショートもしません。

お礼

お返事ありがとうございます。

わかりました。

回答No.6

noname#41836

質問者のかたはANo.3への補足の中で
＞今回のケースでは、銅線を磁界の中で、抵抗があるにも関わらず、運動させたのでエネルギーが発生しております。
と述べられていますね。つまり抵抗があると断言されていますが、実験などで確認されたのでしょうか。
　私は、これまでに回答されている方々と同様に、電流は流れないと思います。したがって、抵抗も生じないと思います。
　ANo.1の補足の中で
＞また、銅線が例えば２０ｃｍあるとすれば、２０ｃｍの間は電流が流れるのではないでしょうか？
と問いかけられておいでですが、たとえ流れ出してもたちまち行き止まりになって終わりではありませんか。
　渦電流が発生することも考えられますが、面積のある平板状の導体ならともかく、銅線ではたとえ発生してもごくわずかで、とても発熱融解には至らないのではないでしょうか。

回答No.5

outerlimit

＞絶縁体ではなく、銅線つまり、伝導体の話なので、絶縁耐圧、破壊は関係ありません。

＞ある両端を切った銅線を、強烈な磁束を切るように運動させて、強烈な起電力を起こさせた場合、銅線には電流は流れませんが、このときも銅線はショートするのでしょうか？

この二つが矛盾していることに、気づけないことが理解できない原因です

空気も絶縁体です

導体同士を接触させた状態では接触抵抗が現象を左右します
接触抵抗を含めて全体の抵抗が一様ならば、銅線全体が発熱します

無限大の電流を供給可能な電源に接続された均質な2本の導体を接触させた場合、接触抵抗で発熱します（瞬間的に大電流が流れ火花を発する)

接触させないで電圧を上げていけば、ある時点で絶縁破壊を起こし放電します
材料に不均質な部分があれば、絶縁耐力の一番低い部分で放電します
均質な場合は予測が困難です

条件設定が恣意的であり、用語の使い方が独善的です

補足

全く意味不明です。

回答No.4

kenojisan

ショートに関しては既に回答が出ているので、磁束中での銅線の運動に関してですが。
電流が流れない開回路の銅線を磁束変化が起こるように等速運動させても、運動自体に抵抗は有りませんからエネルギーは発生しません。
銅線を閉回路にして初めて運動抵抗が生じ、運動に要したエネルギーが電気エネルギーに変換されるわけです。
ですから、回答No1,3が正しいです。

補足

お返事ありがとうございます。

＞電流が流れない開回路の銅線を磁束変化が起こるように等速運動させても、運動自体に抵抗は有りませんからエネルギーは発生しません。
＞銅線を閉回路にして初めて運動抵抗が生じ、運動に要したエネルギーが電気エネルギーに変換されるわけです。

なるほど、そうおっしゃられますと、納得せざるを得ないです。念のための確認ですが、等速度運動の代わりに、加速度運動させても、同様でしょうか？

回答No.3

hypnotize

補足します。No.１です。
No.２さんの言われる絶縁破壊とは、(その実験が空気中なら)空気の絶縁破壊です。空気の絶縁が破壊して、どの銅線に電流が流れれば・・・ということを言われていると思います。

電気は何処かに流れると、何処かから流れ込まなければいけません。流れることによって初めてエネルギーとして消費されます。

乾電池と豆電球(抵抗)を電線で接続すると、＋極→電線→電球(抵抗)→電線→－極に電流がながれ、抵抗でジュール熱が発生し、電球が点灯します。電線もジュール熱が発生しますが、電球の抵抗により全体を流れる電流が小さいため、電線で発生する分は無視できるほど小さいです。電球の抵抗は電線に比べるとはるかに大きいので、小さな電流でも発熱し点灯します。

乾電池の＋と－を直接接続すると、電線のとても小さな抵抗分しかないため、大きな電流が流れます。電線の抵抗は小さいですが、流れる電流が大きいため、やはり発熱して溶けて切れます。

乾電池を空気中に放置した場合はどうでしょうか？どこにも電流が流れないため、どこにもエネルギーは消費されず、乾電池の容量も減りません。(自然放電は無視しています)

さてご質問の誘導起電力の場合ですが、やはり流れる経路がありません。空気中に乾電池を放置した場合と同じですね。大きな誘電起電力が発生しても、電圧の高い乾電池を放置した場合と同じで、流れる経路がないため、エネルギーは消費されませんし、発熱しません。

補足

お返事ありがとうございます。

＞乾電池を空気中に放置した場合はどうでしょうか？どこにも電流が流れないため、どこにもエネルギーは消費されず、乾電池の容量も減りません。(自然放電は無視しています)

電池は、エネルギーを生み出す能力がある物です。例えば、ダムに蓄えられた水は、位置エネルギーを持っていますが、水門を空けないと、水が流れず、エネルギーを生み出しません。電池も同様のケースだと思います。

＞さてご質問の誘導起電力の場合ですが、やはり流れる経路がありません。空気中に乾電池を放置した場合と同じですね。大きな誘電起電力が発生しても、電圧の高い乾電池を放置した場合と同じで、流れる経路がないため、エネルギーは消費されませんし、発熱しません。

今回のケースでは、銅線を磁界の中で、抵抗があるにも関わらず、運動させたのでエネルギーが発生しております。そのエネルギーは、どこかに消費されないと、エネルギー保存則に違反しますので、ジュール熱として消費されると思います。

＞No.２さんの言われる絶縁破壊とは、(その実験が空気中なら)空気の絶縁破壊です。空気の絶縁が破壊して、どの銅線に電流が流れれば・・・ということを言われていると思います。

それでしたら、わかります。場合によっては、空気の絶縁破壊によって、銅線から、電子ビームがいくらか、飛び出すかもしれません。（電子の総量が不変であるので、銅線の中の電子の数量は減るはずです。）

回答No.2

outerlimit

電線間の絶縁耐圧と　絶縁破壊を起こした際の事象を混同されているようです

絶縁破壊して（もしくは導体同士が接触して）電流が流れることが　質問者の言うショートです

補足

お返事ありがとうございます。

ショートの意味はあまりこだわりませんが、絶縁体ではなく、銅線つまり、伝導体の話なので、絶縁耐圧、破壊は関係ありません。

回答No.1

hypnotize

質問者さんの「ショートする」の意味が分かりませんが、焼け切れるのは、大電流によりジュール熱が発生し、銅線の融点を超えて、溶けてしまうからです。（従って金属結合は切れていますね。）
それと普通は蒸発するまでには至らないと思います。

誘導起電力の件は、起電力が発生しても電流が流れないのでジュール熱は発生しませんから焼け切れません。

補足

お返事ありがとうございます。

＞焼け切れるのは、大電流によりジュール熱が発生し、銅線の融点を超えて、溶けてしまうからです。（従って金属結合は切れていますね。）

了解しました。

＞誘導起電力の件は、起電力が発生しても電流が流れないのでジュール熱は発生しませんから焼け切れません。

そうでしょうか？エネルギーの点から考えますと、起電力を起こすため、銅線を、磁界の中で運動させると、仕事を行うことにより、エネルギーを使用します。そのエネルギーは、最後には、ジュール熱に変換しますので、大きなエネルギーが発生した場合、焼け切れると推定します。が如何でしょうか？また、銅線が例えば２０ｃｍあるとすれば、２０ｃｍの間は電流が流れるのではないでしょうか？