電圧と電位の関係

質問

はじめまして。

友人から、【電圧】とは何かと聞かれました。

あいまいな知識しか無くて答えられなかったので、ネットで調べてみました。

しかし、下記のことが解りません。

電圧とは、電位差とのことでした。

電位（qEd）とは、qEの力に逆らってdだけ移動するエネルギーとのことでした。

q[C]：電荷量。Cはクーロンの略。位置エネルギーにおけるm（質量 kg）に相当。
　　　　　　　　　電荷：素粒子（物質や場を構成する最小単位とみられる粒子）が持つ性質のひとつ。
　　　　　　　　　　　　　電子はマイナスで陽子はプラス。
E[N/C] ：Nはニュートンの略。電界の強さ。位置エネルギーにおけるg（重力加速度 m/s＾2）に相当。
d〔m〕：移動距離。位置エネルギーにおけるh（高さ m）に相当。

参考として、位置エネルギーmghとは、mgの力に逆らってhだけ移動するエネルギーとのことでした。

1[C]の電荷を運んで1[J]を要した場合、この電位を1[V]と表現するとのことでした。

なぜ、電位に【差】が生じると、電流が流れるのですか？

また、記号EはEnergy（エネルギー）の略、記号dはdistance(ディスタンス)の略でしょうか？

どうか教えて下さい。

参考ＵＲＬ　http://www.buturigaku.net/main01/Electricity/Electricity12.html

回答No.1

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

＞＞＞電圧とは、電位差とのことでした。

そうです。

＞＞＞電位（qEd）とは、qEの力に逆らってdだけ移動するエネルギーとのことでした。

違います。
どっかをゼロボルトと決めたとき、そこを基準に電位差が何ボルト上かを示すのが電位です。
あるいは、無次元の単位電荷を運ぶのに必要なエネルギーです。

地面や山の高さ（標高）は、基本的に海岸線の高さをゼロ基準として決めますよね？
電気についても、どこかを勝手にゼロボルトと決めたのが電位です。
そして、ある地点とある地点の標高差が、電位差に相当します。

＞＞＞参考として、位置エネルギーmghとは、mgの力に逆らってhだけ移動するエネルギーとのことでした。

そんな感じです。

＞＞＞1[C]の電荷を運んで1[J]を要した場合、この電位を1[V]と表現するとのことでした。

そうです。

＞＞＞なぜ、電位に【差】が生じると、電流が流れるのですか？

無重力では物体はどこに向かっても落ちません。
重力があっても、標高差のない平地では、物体はどこにも転がろうとしません。
同様に電場がなければ、電荷はどこにも進みません。
電場がゼロのとき単位距離当たりの電位差もゼロです。
標高差の違い、すなわち傾きがあると、物体は転がろうとします。
同様に、電位差、電場があると荷電粒子は動こうとします。

＞＞＞また、記号EはEnergy（エネルギー）の略、記号dはdistance(ディスタンス)の略でしょうか？

相対性理論の　Ｅ＝ｍｃ^2　における　Ｅ　は　Energy　です。

オームの法則　Ｅ＝ＲＩ　における　Ｅ　は電圧で　electricity か　energy of potential　の頭文字と思われます。
しかし、紛らわしいので　Ｖ＝ＲＩ　と書く人が多いです。

電磁気学で　Ｅ　と書くときは、電場（Electric Field）を意味することが多いです。

お礼

ご回答いただき、ありがとうございました。

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回答No.2

pascal3

こんにちは。 いちおう物理を専門とする者です。

> なぜ、電位に【差】が生じると、電流が流れるのですか？

正確な説明は教科書とかネットのどこかに既にあると思うので、
ここではイメージのみを説明します。

電圧とは何か？
もし電流を地下水の流れのようなものになぞらえるなら、
その流れを生じさせる水圧にあたるものが電圧です。
たとえば東西方向の流れを生じさせるには、東と西の地下水の水位に差があればよく、
その差が流れを駆動する力となります。
同じように、金属のなかに電流を生じさせるには、両端の電位に差があればよいわけです。

なお、あえて川の流れでなく地下水になぞらえたのには理由があります。
川や海の場合、運動エネルギー（慣性の影響）を含めて考える必要がありますが、
地下水の場合は慣性は無視できて、水位差（水圧）と速度が比例するという式になります。
金属のなかの電流についてのオームの法則は、川の流れよりも地下水の流れに近いのです。

お礼

ご回答いただき、ありがとうございました。

参考になりました。