電圧はいつ確定する（決まる）のでしょうか？

質問

交流はよくわかっていないので直流で考えます
（もし交流でもこう考えれば直流と同じように考えていいというのがあれば併せて教えてください）。

例えば、３Vの直流電源にスイッチ（On/Off）と５Ωと１０Ωの抵抗が直列につながっているとします。
この時、スイッチをOnすると５Ω抵抗の両端電圧は１V、１０Ω抵抗の両端電圧は２Vになると思います（勉強しました）。

これらのそれぞれの電圧はいつ確定するのでしょうか。
気持ちとしては「スイッチをOnにしても何がどうつながっているかわからないのだから、いきなり１V、２Vと決まるわけない。」と思っています。

スイッチOnした後、数秒か数ミリ秒か数マイクロ秒か後に安定した状態になるのでしょうか。

的を得ない質問で申し訳ありません、よろしくお願いします。

回答No.2

tadys · ベストアンサー

＞「スイッチをOnにしても何がどうつながっているかわからないのだから、いきなり１V、２Vと決まるわけない。」
これは正しい認識です。

電圧はスイッチ入れたところから、その場所の光の速さで伝わっていきます。

例えば、添付図の図１ではスイッチを入れる前はA-B間に３Vが加わっているとします。
B-b間、C-ｃ間などの電圧はゼロです。
スイッチを入れた瞬間はB-b間は３Vになりますが、C-ｃ間はまだゼロです。
３Vの電圧は光のスピードでC-cへ移動していきます。
C-ｃへ着いた時はD-d間が０VなのでLAMP1が点灯します。
その後D-dからE-eに電圧が伝わっていきLAMP2が点灯し、次にLAMP3が点灯します。
図２の場合は点灯する順番は逆になります。

ところで、前の説明には書いていないことが有ります。
スイッチを入れたときにB点に流れる電流の事です。
B-ｂ間に３Vが加わった時にB点に流れる電流はB-b～C-c間の「特性インピーダンス」で３Vを割った値になります。
先のほうが分からなくとも、B-bの特性インピーダンスは分かるので、それに従った電圧／電流として流れていきます。
「特性インピーダンス」とは例えばTV用の同軸ケーブルが７５Ωですと言う時の値です。
また、LAMP1の抵抗がゼロでなければ電圧がC-cに着いたときに移動した電圧の一部が反射されてしまいD-dへ加わる電圧は３Vとは異なった値になります。
この辺の説明をちゃんとしようとすると電気回路理論を最初から説明する必要が出てきます。
この中で説明するのは無理です。

お礼

お礼が遅くなり、申し訳ございません。

丁寧な説明、ありがとうございます。
ランプが順番についていく、というのは「はっ」とさせられました。
なるほど、そうかんがえればいいのですね。

ありがとうございました。

回答No.4

EleMech

＞気持ちとしては「スイッチをOnにしても何がどうつながっているかわからないのだから、いきなり１V、２Vと決まるわけない。」と思っています。

ここの辺りは、電気を勉強した事のある人でもよく勘違いをしている部分です。
公式では、
　Ｖ＝Ｉ・Ｒ
と表現するので、電流が抵抗に流れた時、電圧が決まるような錯覚を起こしますが、そうではありません。
実際の現象を表すと、
　Ｉ＝Ｖ／Ｒ
という風になります。
つまり、定格電圧をある抵抗にかけた時、電流値が決まるという考え方になります。
その為、電圧が定格値になるまでの時間は、かからないというのが一般的に正しいと思います。

ただ、インピーダンスの性質により、電流が定格値になるまでは時間がかかる事があります。
　τ＝Ｒ／Ｌ
　τ＝Ｃ・Ｒ
という公式のものです。
τ(タウ)は時定数と呼ばれ、Ｓ(秒)で表されます。
一般的には、この公式により定格電流になるまでの時間を算出することができるとされています。

お礼

お礼が遅くなり、申し訳ございません。

電流のことも考えなければいけませんでしたね。

ありがとうございました。

回答No.3

misawajp

このようなことを　過渡状態　と言います
（５Ω抵抗の両端電圧は１V、１０Ω抵抗の両端電圧は２Vになる状態を定常状態と言います）

定常状態になるまでの時間は、電源・回路・負荷のインピーダンスに依存します

お礼

お礼が遅くなり、申し訳ございません。

回路構成によって、一定になるまでの時間は変化するのですね。

ありがとうございました。

回答No.1

aokii

ほぼ光のスピード（３０万ｋｍ/時間）で安定した状態になります。交流も同じです。ただし交流は瞬時電圧が常に変化しています。

お礼

お礼が遅くなり、申し訳ございません。

なるほど、そうかんがえればいいのですね。

ありがとうございました。