電気の超基礎用語…電流、電圧、電力について

質問

とても基礎的な用語ですが、電流、電圧、電力などの
イメージが解らず、小学生の子供から受けた質問に
的確に答えることができませんでした。

電流：電気が流れること
電圧：電気の圧力
電力：電気の力
と、文字通りでしか覚えていなかったので、例えば
「電圧と電力の違いは？」ということも解りません。

Wikipedia等で調べてみたのですが、説明に使われる
用語自体が難しくて困っています。

私自身が、電気に関する学習で本質を理解しないまま
単なる計算問題として割り切って高校受験を済ませて
しまったため、今頃になって知識不足を恥じております。

これらの用語について、簡単なイメージを教えていただけると
大変助かります。よろしくお願いします。

回答No.4

tanuki4u · ベストアンサー

電気は、電荷の動きの話である。

電荷の動きがどうなっている、どうなろうとするというのを説明するのが電気工学。
※　もっと即物的に言うと、マイナスの電荷を持っている電子の流れというのが、基本的な電気の世界の話です。プラスの電気を持っていたり、電子と質量が違うものがあったりするので、一般化して理論を立てるには、電荷という概念を使いますが、通常の電気工学では「マイナスの電気を持っている（荷電している）電子の動き」で理論が作られててきました。
※　電子がマイナスなんて最初に理論構築をするときに考えてもいなかった（電子が見えなかった）ので、普通考えると　プラス　の電荷で考えたほうが納得しやすいのですが、歴史的にマイナスに荷電した電子で考えてしまったのでこの辺はしょうがありません。

ということとで、

電流：単位時間に流れている電子の数となります。
なので、電子が一秒あたりいくつ流れるかで電流が定義されます。

電圧：電子を流そうとする力
なので　ある　電子に対してどんな力が働いているかを　記述すると

F＝ma = qE
F 力
ma　m の質量に対して　a の加速度を付ける
q　qの電荷を帯びている電子に対して　E　の電位差が生じている

という関係になります

電力：電子を動かした結果　蓄えられたエネルギー

電圧と電力で　力を記述する　電圧　と　エネルギーを記述する　電力　というように　力　という漢字をちょっと取り違えて使ってしまっているので、力とエネルギーってナニよ？というのを理解していないと、だんだんと日常語としての「力」のイメージに引きづられて、だんだんと誤解してしまいます。

電圧は力で　電力は力でなくエネルギー　この切り分けが重要ではないかと

お礼

専門的（私にはそう見えました）な解説、ありがとうございます。

ご指摘の通り、「力」という文字に引きずられて、電圧と電力の
違いが解らなくなっておりました。

電力はエネルギーとして、理解すべきなのですね。

改めて御礼申し上げます。

回答No.7

foobar

電流：単位時間当たりに通過する電荷の量（水に例えると、水量）
電圧:単位電荷を移動するのに必要なエネルギー（水に例えると、水圧）
電力：単位時間当たりのエネルギー（水だと、水圧＊水量が単位時間当たりに水が運ぶエネルギーになってる）

お礼

ご回答ありがとうございます。

おかげさまで、イメージレベルではありますが
理解が深まりました（当初の目標がイメージ
できればOKなので…）。

御礼申し上げます。

回答No.6

angkor_h

だいぶご回答が多いあとで恐縮ですが、イメージと言うことであれば、

電流；水道の蛇口から出てくる水、水の量
電圧；水の勢い、飛び出す力
電力；その水に手を当てたときに受ける力。ちょろちょろの水と勢いよく大量の水、この違いが電灯の電力による明るさの違い。
この水流で手作り水車を廻して、自転車の発電機を廻して電球を点灯する、ことを考えて見ましょう。明るくするには水の勢いや水の量が必要です。
電力量；それによってたまった水の量。使ったものとして毎月払っている電力量料金はこの使用量を言います。水道料金も同じ。
ご家庭の契約アンペア数；蛇口の太さ。

節電、節水には通じるものがあります…

お礼

ご回答ありがとうございます。

電気を水に喩える例は、他の御回答者からも
ありましたが、これが家庭の電気料金や
水道料金とも通じるものがあるとは、新たな
知識となりました。

節電、節水、気をつけなくてはなりませんね。

回答No.5

sailor

小学生が相手ということなので、理論的な説明をしても混乱を招くかと思いますので、簡単な模型を想像してもらって説明しますね。

電流：電気が流れること　　これは電気の流れる量としたほうが良いでしょう
電圧：電気の圧力　　　　　 これは電流を流そうとする力の大きさとしたほうが良いでしょう
電力：電気の力　　　　　　　これは電気が流れることによって起こる仕事の大きさとしましょう

まず模型ですが、まず水道の蛇口にホースをつないでホースの途中に水車があるというものを想像してください。この水車はホースを流れる水の力で回ります。

ここで、水道の蛇口に掛かっている水圧が電圧で、ホースの中を流れる水の量が電流です。そして水車の回転する力が電力です。

この状態で水圧（電圧）が高くなるとどうなるでしょう。ホースを流れる水の量（電流）が増えますので、当然水車の回転（電力）も増えますよね。逆に水圧が低くなったらどうでしょうか？

それでは、水圧は同じでホースの太さが細くなったらどうでしょう？当然水量（電流）が減るので水車の回転（電力）も減りますね。逆にホースが太くなったらどうでしょうか？

このように、実際に水車の部分に流れる水の量は水圧だけでは決まりません。実際に水車の部分に流れる水の量が重要なのです。この模型では電流・電圧・電力・以外に電気抵抗という概念が入っていますが、これは省けませんので、ここではホースの太さがこれにあたると考えてください。水（電流）を流れにくくする要因でですね。

まぁ、実際の電気回路でも電気抵抗が０というものは超伝導以外にはなく、普通の回路ではすべて電気抵抗を持っています。家庭用の機器でもすべてです。この電気抵抗がそれぞれの機器で異なるので、同じ１００Vのコンセントにさしても流れる電流の大きさが違うのでそれぞれの消費電力が違うのです。

実際には電力は電圧×電流で求められますが、これは水車にあたる部分でできる仕事が電圧が大きいほど、電流が大きいほど大きくなるということです。

まぁ、似たような３つの言葉ですが電力だけがこの中では異質です。他の二つが大きさや強さを表すのに対して、電力だけが仕事の量なのです。

実際、細かなことを言うと上の説明は間違っているのですが、概念を理解するということであれば上の考えで良いでしょう。

お礼

解りやすい解説、ありがとうございます。

恥ずかしながら、正確な知識を持ち合わせていないため、
ご説明の誤っている箇所が解りかねますが、かなり
イメージとしては理解が深まりました。

ご丁寧にありがとうございました。

回答No.3

muneneko

私も小学生相手なら、うまく説明出来るか分かりませんが…。
私ならこう答えます。

電流：電気が流れる量のこと
電圧：電気を流そうとする力のこと
電力：1秒間に発生するエネルギーのこと(電気器具に500Wと書いてあるのは、1秒間に500Jのエネルギーを使うよということ）

蛇足ですが
中学生相手なら、電気回路を水路に例えて

電流：水路の断面を1秒間に通過する水の量
電圧：平らなところでは水は流れない。水を流そうと思えば、高いところと低いところを作ればいい。電圧はその高低差のようなもの)
電力：1秒間に発生するエネルギーのこと(水路は関係ないです）

高校生相手なら、

電流：ある面積を単位時間に通過する電荷の量
電圧：電気的な高さの差（質量を持つ私たちにとって高い低いがあるように、電荷をもつものにとっての高い低いもある。）
電力：電流が単位時間にすることが出来る仕事量（どれだけ外に働きかけることができるかということ）

お礼

ご回答ありがとうございます。

教える対象により、少しずつレベルを考慮されて
ご教示いただき、大変感謝いたします。

…高校生相手になると、難しいですねぇ。
電圧の高低が、とても解り易かったです。

ありがとうございました。

回答No.2

Lupinus2

水に例えるといいでしょう。
電圧を水圧、電流を水流のように。

高い水圧の水道があるとします。５階とか６階とか、高い階まで届きます。
でも量が少なければ、蛇口をいっぱいに開けても水は少ししか出ません。
少ししか水が出なければ、貯めるのに時間がかかります。

高いところまで届くかどうか、これを抵抗としましょう。
電圧が低いと、抵抗があるものには流れません。
たとえば空気。空気中に電気は流れません。
ただし、電圧が非常に高くなると、流れ始めます。雷や静電気がそうですね。
雷は電流も大きいので、大きなエネルギーがあります。雷に打たれれば死亡の危険もあります。
しかし静電気では人は死にません。電流が小さいからです。
水をためるのにかかる時間が、電力です。

電圧が高くて電流が小さい場合と、電圧が低くて電流が大きい場合、どちらも同じ電力になるとしても、
その性質は大きく異なります。

電圧が高いと抵抗が大きくても電気が流れてしまうため、絶縁を完璧にする必要があります。
電圧が低いと少々のことでは電気は流れないですが、一旦流れてしまうと、大きな電流はエネルギーが大きいので、危険性が高いです。
細い電線では発熱して火災になる場合もあります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

同じ電力でも、電圧と電流の関係で性質が変わってくるとは
知りませんでした。

ありがとうございました。

回答No.1

fjdksla

電力とは、電気の力です。
電気気は力が有り仕事をさせることができます。って言う事を表しています。

電流とは電気の流れる量を言います。

電圧とは電気の流れる「圧力」・「流れようとする力」を言います。

電気をよく水の流れにたとえますが、
流れる水の量が電流で、流れる水の圧力が電圧に例えられます。
水が流れて仕事をする事ができる力を水力と言いますので、電気の時は電力です。

お礼

ご回答ありがとうございます。

水に喩えるのは、昔そうならったのですが、
思い出しにくくて困っていました。

ありがとうございました。