電圧について

質問

電気の基礎的なことですが
結線されてなければその間の電流は流れませんが、電圧も線で繋がってないのだから生じないと思っていたのですが、http://www.brushwellman.jp/alloy/tech_lit/Oct02.pdf
このページを読んだら電流は流れないが電圧は生じることを知りました。これはリレーのようなアークがでるような状況（電圧が高く、接点間が数ミリ程度しか開いていない）での事でしょうか？それとも大元の送り側の電圧の高い低いまたは接点間の距離に関係なく生じるのですか？
例えば、図のような回路があるとします。
電池の電圧はDC100Vとします、途中にリレーコイルとその接点があるとします。V1、V2、V3と電圧計で測定します。

１、接点が閉じて繋がっている時はV１で約50V、V2で約50V、V3で約０Vの電圧が生じるであってますか？

２、接点が開いて繋がっていない時は、電流がリレーコイルに流れないので接点は閉じず繋がらないですが、電圧だけで見ればV3の電圧は生じるのでしょうか？またその場合V1,V2,V3のそれぞれの電圧はいくつになるのでしょうか？

初歩的な質問ですがよろしくお願いします。

回答No.3

KonnaMonde · ベストアンサー

>もし２つの接点がOFFになっていた場合は２つの合計の電圧を測れば100Vと出ますがそれぞれを単独で測った場合電池からのパイプが片側しか来てないので電圧も片側しかきてないので０Ｖとなるわけですね。

あなたの、イメージと私のイメージとが合いません。　具体例で話します。

z ─ a (＋電池－) b ─── c (ＳＷ1) d ─── e (ＳＷ２) f ─── g (リレーコイル) h ── z

a～h　：　各部品の端子記号、　z　：　つながって閉回路を作る。　
電源(電池)電圧＝１００Ｖ
b～c、d～e、f～g、h～a　間は、抵抗が　“０”　として　“０Ｖ”　なので書きません。

1）　ＳＷ１：OFF、ＳＷ２：OFF の場合
　　c～f＝１００Ｖ、g～h＝０Ｖ
　　c～d、e～f　間は、回路が繋がっていないので、電圧計測不能(計れない)、当然　“０Ｖ”　

しかし、ＳＷ　の接点が開いていても、値は非常に大きいが何がしかの抵抗が存在すると考えると、そこには、非常に小さいがいくらかの電流が流れているとしたら、c～d、e～f　間にも電圧が生じます。　その時の電圧は不定(いくらであるかは分からない)です。　５０Ｖ－５０Ｖ　のときもないとは言えません。　計測器を当てると、計測器に僅かですが、電流が流れます。　そのため正しい値を示さなくなります。　ゆえに、計測不能。
現実的には、電流は流れないとします。

2）　ＳＷ１：ON、ＳＷ２：OFF の場合
　　c～d＝０Ｖ、e～f＝１００Ｖ、g～h＝０Ｖ

3）　ＳＷ１：OFF、ＳＷ２：ON の場合
　　c～d＝１００Ｖ、e～f＝０Ｖ、g～h＝０Ｖ

4）　ＳＷ１：ON、ＳＷ２：ON の場合
　　c～d＝０Ｖ、e～f＝０Ｖ、g～h＝１００Ｖ

>もし、スイッチが全てＯＮになってた場合は全てに同じ電流が流れて、全てのスイッチの両端には同じ電圧（Ｅ＝ＩＲで計算した電圧）が生じるわけですね。

「抵抗入りスイッチ」とは、ＳＷをＯＮにしたときの接点自体の抵抗を言うのか、ＯＦＦにしたとき、接点間に空気を通して抵抗があるというのか、あるいは他の意味かがわかりません。

接点を閉じるときには、条件によって、アークが飛ぶ(スパーク)ことがあります。　接点を開くときには、ほとんどスパークがあります。　これにより接点が焼けたり、変形したりして、徐々に接点が抵抗を持つようになります。

ＳＷ　を並列に入れ（あまり意味がないので通常はこのようなことはしない）て、各ＳＷが抵抗を持っている場合は、ややこしくなります。

z ─ a (＋電池－) b ─┬─ c (ＳＷ1) d ── e (抵抗１) f ─┬─ n (リレーコイル) p ── z
　　　　　　　　　　　　　　　└─ g (ＳＷ2) h ── k (抵抗2) m ─┘

抵抗１＝１Ω、抵抗２＝２オーム、リレーコイル＝ 　９９　と　１/３　Ω、接点抵抗＝０　であった場合、

1)　ＳＷ１：OFF、ＳＷ２：OFF の場合
　　c～d＝１００Ｖ、g～h＝１００Ｖ、 e～f＝０Ｖ、k～m＝０Ｖ、n～p＝０Ｖ

2）　ＳＷ１：ON、ＳＷ２：OFF の場合
　　全抵抗は、１００　と　１/３　Ω　なので、電流は　０．９９７Ａ
　　c～d＝０Ｖ、e～f＝０．９９７Ｖ、g～h＝e～f＝０．９９７Ｖ、k～m＝０Ｖ、n～p＝９９．００３Ｖ

3）　ＳＷ１：OFF、ＳＷ２：ON の場合
　　全抵抗は、１０1　と　１/３　Ω　なので、電流は　０．９８７Ａ
　　c～d＝k～m＝１．９７Ｖ、e～f＝０Ｖ、g～h＝０Ｖ、k～m＝１．９７Ｖ、n～p＝９８．００３Ｖ

4）　ＳＷ１：ON、ＳＷ２：ON の場合
　　全抵抗は１００オームなので、電池からの電流は　１Ａ。
　　c～f　の電流は、２/３Ａ、g～m　の電流は、１/３Ａ
　　c～d＝０Ｖ、 e～f＝２/３Ｖ、g～h＝０Ｖ、k～m＝２/３Ｖ、n～p＝９９　と　１/３Ｖ

となります。

お礼

KonnaMondeさん、どうもありがとうございました。

「抵抗入りスイッチ」とは、ＳＷをＯＮにしたときの接点自体の抵抗を言うのか、ＯＦＦにしたとき、接点間に空気を通して抵抗があるというのか、あるいは他の意味かがわかりません。＞SＷをＯＮにしたときの接点自体の抵抗の事（接点が抵抗物でできてる接点）を言いたかったのですがうまく伝わらなく申し訳ないです。

あなたの、イメージと私のイメージとが合いません。＞KonnaMondeさんの回答が前回と今回で理解できていますので、ただ単に、わたしの説明力の不足が原因だと思いますので大丈夫です、ありがとうございました。
同じΩ数の抵抗を使う場合は計算が簡単ですがばらばらのΩ数の抵抗を直列と並列の混ざった回路に使うとややこしいですね、色々例題のサイトがあったのでもうちょっと勉強してみます、とりあえず疑問に思って質問した内容は理解できましたのでありがとうございました。

回答No.2

KonnaMonde

指定されたサイトが開けませんが、「接点のアーク放電」という ｐｄｆ のことだと解釈します。

>V3は電流が流れてなくても電圧は生じる仕組みがよくわかりません・・・。

あなたの提示した図で説明します。

Ｖ３を閉じないと電池の電圧、電流は、電池から出てこないのでなく、電池に銅線を繋いだ瞬間に、電圧は一番遠いところまで伝わります。

高い所にある水タンクを電圧とし、タンクにつながったパイプを電線(導線)と考えた場合、タンクにつなげるパイプは、常に水が詰まった状態であると考えてください。　

パイプに流れる水を電流と考えると、水の入っていないパイプをタンクにつないだときは、水が先端に行かないと先端に水圧はかからない、つまりパイプ＝導線に水＝電流が流れないと先端には水圧=電圧が掛からない、と考えたのでしょうか。

水が詰まったパイプをタンクにつなぐ場合は、つないだ時に、即先端まで水圧が掛かりますよね。

実は、導線には、電子(＝パイプの中の水)がいっぱいに詰まっています。　だから、電池につないだ瞬間に、導線に電流が流れなくとも電池の電圧は先端に届いているのです。

>接点が離れている場合は電池の＋と－で計ってる状態と一緒なので100Vになるのでしょうか？

そうです。
電流が流れないときには、たとえその導線の抵抗がどんなに大きくても、電圧だけは導線の端まで(たとえそれがアメリカまでの長さでも)届くので、Ｖ３の両端には電池の電圧と同じ１００Ｖが掛かります。　閉じると(接点の抵抗が０と考えると)、Ｖ３の両端は　０Ｖ　になります。

>それとも接点間の空間（空気）が抵抗の代わりになっているのでしょうか？

接点間の空間（空気）が抵抗の代わりになると、僅かでも電流が流れますので、導線にオームの法則　Ｅ＝ＩＲ　分の電圧降下が生じますので、電源電圧より低くなります。　
接点間の抵抗が　∞　であるから電流が流れず、導線内の抵抗による電圧降下も生まれないで、電池の電圧がそのまま　Ｖ３　の両端に掛かります。

アークが生じているときは、電流が流れているので、アーク棒が離れていても、アーク棒との空間の抵抗は少なくなっています。

>図のような直列回路でなく、並列に抵抗入りスイッチが２つあったとすると、その２つのスイッチの接点が開いたままで繋がっていない状態での場合、当然各スイッチ間では結線された状態ではないので電流は０となりますが、電圧はそれぞれ５０V、５０Vとでるのでしょうか？

違います。　すべて　１００Ｖ　です。
電流が流れない限り、電圧降下は生じませんので、たとえ並列に１００個のスイッチがあっても、それに抵抗があったとしても、全てのスイッチの両端の電圧は、電源電圧と同じ　１００Ｖ　です。

オームの法則　Ｅ＝ＩＲ　を意味を理解しましょう。　
Ｉ＝０　なら　Ｉ　Ｘ　Ｒ　も　“０”、　したがって　Ｅ　も　“０”。　電流が流れない限り、どこのどの部分を取ってみても、電圧降下は　“０”　です。

補足

ものすごくわかりやすく説明してくださってありがとうございました。
タンクの説明でイメージがしやすくわかりやすかったです。

図のような直列回路でなく、並列に抵抗入りスイッチが２つあったとすると、その２つのスイッチの接点が開いたままで繋がっていない状態での場合、当然各スイッチ間では結線された状態ではないので電流は０となりますが、電圧はそれぞれ５０V、５０Vとでるのでしょうか？の質問ですが、並列で各スイッチがOFFになっていて電流が流れてない状態だと電圧降下が０なので１００Vという事ですね。そのスイッチがONになった場合は、オームの法則で、そこを流れる電流とそのスイッチの抵抗をかけ計算した分がそれぞれに出るという事ですね。また、並列なので同じ抵抗のスイッチを使った場合、流れる電流も並列なので同じで、同じ電圧がそれぞれにかかると言う事ですね。

電流が流れない限り、電圧降下は生じませんので、たとえ並列に１００個のスイッチがあっても、それに抵抗があったとしても、全てのスイッチの両端の電圧は、電源電圧と同じ　１００Ｖ　です。＞もし、スイッチが全てＯＮになってた場合は全てに同じ電流が流れて、全てのスイッチの両端には同じ電圧（Ｅ＝ＩＲで計算した電圧）が生じるわけですね。

＜直列回路の場合＞
直列に２つ接点自体が抵抗の同じ接点がONになって繋がっていたら、その2つの接点間の電圧は合計で合計抵抗値×電流で計算した値になり、それぞれには、２つ同じ抵抗の接点なので、その計算した値を２で割った値がそれぞれにかかっていると言うことですね。

もし２つの接点がOFFになっていた場合は２つの合計の電圧を測れば100Vと出ますがそれぞれを単独で測った場合電池からのパイプが片側しか来てないので電圧も片側しかきてないので０Ｖとなるわけですね。

回答No.1

KonnaMonde

>１、接点が閉じて繋がっている時はV１で約50V、V2で約50V、V3で約０Vの電圧が生じるであってますか？

Ｖ1 ＝１００Ｖ、 Ｖ２＝１００Ｖ、 Ｖ３＝０Ｖ

但し、(電池の)電源は強力で、取り出される電流の量によって電圧の低下は無いものとします。

ここで、大事なのは、接点が閉じているので、リレーと電源は並列となりますので Ｖ１＝Ｖ２ です。

>２、接点が開いて繋がっていない…電圧だけで見ればV3の電圧は生じるのでしょうか？

電流が流れないと、リレーコイルの両端には、電圧差が生じないので、 Ｖ２＝０Ｖ。
従って、Ｖ３　の電圧計は (１００Ｖ－０Ｖ＝)１００Ｖ を指します。

>またその場合V1,V2,V3のそれぞれの電圧はいくつになるのでしょうか？

Ｖ1 ＝１００Ｖ、 Ｖ２＝０Ｖ、 Ｖ３＝１０００Ｖ

まだ不明な点があれば、補足欄へどうぞ！

補足

KonnaMondeさん、前回に続き、回答ありがとうございます。

勘違いしていました、接点が繋がっている時はそうですねＶ１＝Ｖ２ なので１００V　１００Vですね。

やっぱり、V3は100Vになるのですね、http://www.brushwellman.jp/alloy/tech_lit/Oct02.pdf​
このページにも電気が流れてなくても電圧は生じると書いてありましたが、V3は電流が流れてなくても電圧は生じる仕組みがよくわかりません・・・。単純に図のような電源元が電池で＋－を電線でつないだ場合は、接点が離れている場合は電池の＋と－で計ってる状態と一緒なので100Vになるのでしょうか？それとも接点間の空間（空気）が抵抗の代わりになっているのでしょうか？
例えば、図のような直列回路でなく、並列に抵抗入りスイッチが２つあったとすると、その２つのスイッチの接点が開いたままで繋がっていない状態での場合、当然各スイッチ間では結線された状態ではないので電流は０となりますが、電圧はそれぞれ５０V、５０Vとでるのでしょうか？