交流電流が理解できません

質問

一般向けの平易に書かれてある解説書でも、ほとんど
「時間とともに周期的に大きさと向きが変化する電流」
としか書かれておらず、後は正弦波の図があるのみです。
本によっては回路図があり、その内側に右回りと左回りの矢印が
書かれてあるのが関の山です。
そこで疑問なのですが

１、直流であれば電流の方向は一定ですが、前述の回路図のように
電流が右回りと左回りを繰り返すのであれば、行ったり来たりしているだけで
流れていない事になります。
（一秒間に５０回とか６０回も入れ替わっているのですから）
にも関わらず交流電流が仕事をするのは、なぜなのでしょうか？

２、直流で作動するモーターは極性を逆にすると回転も逆になりますが
交流は、なぜそうならないのでしょうか？
ＡＣアダプターなど電源装置で整流してから直流で作動する電気製品も
多いのは承知していますが洗濯機は交流で稼動している製品が多いそうです。
私の理解では小刻みな正逆回転を繰り返すはずですが、
なぜそうならないなのでしょうか？

３、直流であれば「電流の方向と大きさは常に一定」と分かりやすく、
そのメカニズムも「マイナス極からプラス極への自由電子の移動」と
理解できますが、交流は「自由電子の移動」という観点からみると、
どう説明されるのでしょうか？

４、正弦波の図によればプラスとマイナスが絶えず入れ替わっていますが
（最大値は１４１Ｖ）、なぜサーキットテスターで測定すると実行値１００Ｖと
安定した測定値になるのでしょうか？
数値の変化を追いきれずに平均が表示されているとすれば０Ｖに
なるのではないでしょうか？

以上、一般向けの解説書を読んでも理解できないどころか、
逆に疑問が増えてしまう始末です。
以上の疑問を私でも理解できるように説明できる方がいらっしゃれば
ご享受、願います。

回答No.7

poohhoop

理解できないという意味が「イメージがつかみにくい」ということで考えて回答します。

>１、直流であれば電流の方向は一定ですが、前述の回路図のように
>電流が右回りと左回りを繰り返すのであれば、行ったり来たりしているだけで
>流れていない事になります。
>（一秒間に５０回とか６０回も入れ替わっているのですから）
>にも関わらず交流電流が仕事をするのは、なぜなのでしょうか？

イメージできるたとえをいくつか。
・団扇は往復運動で風を送るという仕事をします。
・自転車をこぐ動作も往復運動です。
押す時と戻す時で仕事をして、連続した回転運動を得ます。
往復運動で仕事をする例はたくさんあります。
往復運動を回転運動に変換する装置があれば簡単に仕事をすることができます。

>２、直流で作動するモーターは極性を逆にすると回転も逆になりますが
>交流は、なぜそうならないのでしょうか？
>ＡＣアダプターなど電源装置で整流してから直流で作動する電気製品も
>多いのは承知していますが洗濯機は交流で稼動している製品が多いそうです。
>私の理解では小刻みな正逆回転を繰り返すはずですが、
>なぜそうならないなのでしょうか？

小刻みな正逆回転を上手に動かしてやると同じ方向への回転にすることができます。
上の例がそれです。高速での正逆も低速での正逆も原理的には同じです。
単相交流の場合は最初に回した方向にまわりだします。三相の場合はコイルをうまく配置すると磁界が回転しますので簡単にモーターの機能を得ることができます。
むしろ直流のほうが回転させるのが難しく、ブラシや電子回路で無理やり交流を作って回しています。

>３、直流であれば「電流の方向と大きさは常に一定」と分かりやすく、
>そのメカニズムも「マイナス極からプラス極への自由電子の移動」と
>理解できますが、交流は「自由電子の移動」という観点からみると、
>どう説明されるのでしょうか？

自由電子が行ったり来たりということでは理解でき無いでしょうか？

>４、正弦波の図によればプラスとマイナスが絶えず入れ替わっていますが
>（最大値は１４１Ｖ）、なぜサーキットテスターで測定すると実行値１００Ｖと
>安定した測定値になるのでしょうか？
>数値の変化を追いきれずに平均が表示されているとすれば０Ｖに
>なるのではないでしょうか？

これは絶えず入れ替わっている力の方向を同じにするよう工夫をしています。
・ダイオード等の整流器を利用する。
・電磁石にくっつく鉄の力は磁極がＮ極でもＳ極でも同じ方向に吸付きますので鉄片につながった指針は一方向をさします。
実効値を指すのはそのように作ってあるということでしょうか。

お礼

「喩え」で解説していただき分かりやすかったです。
「また交流モーターより直流モーターの方が回転させるのが難しい」
というのは私にとって意外な事実でした。
すべての項目に丁寧な回答をありがとうございました。