物理 電荷 電流 No.2

質問

前回、電荷と電流について質問させて頂きました。
前回の質問内容：http://okwave.jp/qa/q8127085.html

頂いたご回答で、
電荷がスカラー量である事は理解できました。
ありがとうございました。

「電荷は素粒子が持つ性質１つ」について、
この性質は、クーロンの法則という理解で良いでしょうか？

「電流は電荷の流れ」について、
電流はたくさんの電荷が流れているとイメージして良いでしょうか？

直流は電荷が同じ方向に流れているとご説明頂いたの
ですが、これはどういう事なのでしょうか？

正の電荷、負の電荷が混在して同一方向に流れていると言う事でしょうか？

直流のグラフは、縦軸に電流の大きさ、横軸に時間とすると
ある一定の電流の大きさで時間軸に対して平行なグラフになると思います。

電荷は電流を時間で積分したものだから、1Aの電流が1s流れ
ると1Cだと理解しています。
-1Cは-1Aの電流が1秒間流れたことになりますが-1Aなんて
聞いたことがありません・・・
マイナスの電流なんてあるんでしょうか？

交流は同じ場所を往復するとあるのですがこれはどういう事でしょうか？
交流とは時間によって周期的に電流の大きさと向きが変わる
電流と理解しています。

以上、申し訳ありませんがご回答よろしくお願い致します。

回答No.7

中村 拓男（@tknakamuri） · ベストアンサー

>私は、大きな勘違いをしていました。
>電荷と言うものは、使ってなくなるようなものでは
>ないということですね？

はい、電子は電荷を運ぶ「物質」で、消えたり現れたりはしません。
発電というのは電荷に力を加えて走らせるというイメージですね。

お礼

何度もご回答ありがとうございました。
理解できました。

本当にありがとうございました。

回答No.6

中村 拓男（@tknakamuri）

>イメージとしては、発電所が送った電荷（電流）がすぐ家で
>使われるわけではなくて、電線の中にあった電荷が押し出されて各家庭で
>利用されているようなイメージで良いでしょうか？

基本的な考え方はそれでよいのですが、実は発電所の電荷は家庭まで届きません。
家庭で使う電気の電荷はお近くの電柱のトランスとの間を行き交っているだけなんです。

発電所は変電所を動かし、変電所は電柱のトランスを動かし、
電柱のトランスが家庭の冷蔵庫を動かします。このとき電気エネルギーは
いったん磁気に変わって変電所や電柱トランスを乗り越えてゆきます。
＃本当はもっと複雑らしいですが・・・

変電所や電柱のトランスの役割としては車のトランスミッションと
似ています。

電気エネルギーは発電と送電に適した形から家庭で使うのに適した形に
変換されてから家庭に届きます。

補足

ご回答ありがとうございます。

私は、大きな勘違いをしていました。
電荷と言うものは、使ってなくなるようなものでは
ないということですね？

乾電池では化学反応を利用しているため、反応できなく
なれば電子の流れがなくなる。電子がなくなるわけでは
ない。
電線の中の電子は常にあるもので、発電所はその電子を
動かすと言ったイメージでしょうか？
つまり、この電子を動かすことが電流に相当すると
いうイメージで捉えました。

以上、ご回答よろしくお願い致します。

回答No.5

中村 拓男（@tknakamuri）

>では、最初、電線を引いたときにその後、そこに電荷がいっぱいになるまで、途方もない時間待たなければいけないのでしょうか？

電線の中には最初からぎっしりと電子が詰まっています。原子の原子核のプラスの電荷と
同じ数の電子が電線の中にあり、その中で「自由に動ける」電子が電線の中を流れます。

補足

ご回答ありがとうございます。
親切丁寧なご回答で本当にありがたいです。

私の理解がダメなのが心苦しい・・・

＞電線の中には最初からぎっしりと電子が詰まっています。
＞原子の原子核のプラスの電荷と同じ数の電子が電線の中
＞にあり、その中で「自由に動ける」電子が電線の中を流
＞れます。
最初から、ぎっしり詰まっているのですね。
なるほど！！

インターネットで送電の仕組みを調べました。
http://www.fepc.or.jp/enterprise/souden/keiro/index.html
結局、発電所が高圧で電線に送るものは電荷（電子）です
よね？

イメージとしては、発電所が送った電荷（電流）がすぐ家で
使われるわけではなくて、電線の中にあった電荷が押し出されて各家庭で利用されているようなイメージで良いでしょうか？

以上、本当に何度もすいませんがご回答よろしくお願い
致します。

回答No.4

中村 拓男（@tknakamuri）

>＞電荷の流れの担い手は様々です。
>一般的に、身の回り生活で使う電気とは電子でしょうか？
>電荷の流れの担い手とはどんなものがあるのでしょうか？

電子機器や炊飯器などの「電気」は電子の電荷ですね。
電池の中では「イオン」が電荷を運びますが、この場合は
原子の陽子の電荷も関わってきます。

>乾電池では、電流の流れは＋→－で、電子の流れは
>－→＋だと理解しています。
>電流の流れる向きと、逆の向きに負の電荷（電子）が
>流れているため、電流値は正になると言う理解で良いでしょうか？

Yes

>時々刻々と正になったり負になるのに、なぜ交流の電流はあのような
>サインカーブとなるのでしょうか？

交流の電流は時々刻々とサインカーブのように変化します。サインカーブの
山の部分が「正」、谷の部分が「負」と考えてください。サインカーブの図は
横軸が時間、縦軸が電流量で、中央が電流0なんです。

>また、インターネットで調べてみたのですが、電子の移動速度は非常に
>遅いでした。なのに、電線を通る電流はとても早いですよね？

立方体の積み木を一列にくっつけて並べて、一番端の立方体を指でちょっと並べた方向に
押したらとどうなるでしょうか？ すべての積み木が「ずいっと」うごくはずです。
個々の積み木はちょっとしか動かなくても、押して動いたということは一瞬で全体に
伝わります(本当はわずかに遅れます)。

電流はとても遅いものですが、電荷はあらかじめ電線の中にぎっしり詰まっています。
スイッチを入れると、「電流が流れる」ということは電線全体に一瞬で伝わるのです。

補足

何度もご回答ありがとうございます。
理解できました。

最後に一点だけ教えて下さい。

＞電流はとても遅いものですが、電荷はあらかじめ電線の中＞にぎっしり詰まっています。
ここが疑問です。電圧をかけて電荷が伝播することは想像できました。ちょうど、積み木のイメージですね。
分かりやすかったです。
では、最初、電線を引いたときにその後、そこに電荷がいっぱいになるまで、途方もない時間待たなければいけないの
でしょうか？

ちょっと、最初の質問からかなり脱線してしまって
申し訳ありません・・・

以上、申し訳ありませんがご回答よろしくお願い致します。

回答No.3

oignies

電荷のイメージをつかみかねているようですが

ｅマイナス

と理解して読み進めたほうがよいと思います。

ｅは、普段は、物質の核のまわりをまわってい

ますが、離れてとびだしたとき、マイナスをおび

ます。これを電荷とよびます。

回答No.2

中村 拓男（@tknakamuri）

>電荷そのものが性質とのことですが、
>電流は電荷という性質の流れなのですか？
>それとも、電荷を持つ素粒子（電子？）の流れ
>なのですか？

「電荷の流れ」がよいと思います。電荷の流れの
担い手は様々です。

>正の電荷は動かないと言うことは、電線で流れている
>ものは電子なのでしょうか？
>すると、電流は負の値になるのではないでしょうか？

電子の流れる方向を正と定めれば電流は負ということになります。
向きは好きに定めてよいのです。まあ、電池のプラス端子に
繋がっている電線の電流の向きは普通、プラス端子から流れ出る
方向に定めるので、電流の向きは電子の向きと逆になり電流値は
プラスになります。

>一般家庭での電気量の契約で、20Aや30Aなどありますが、
>これは正の電荷なのではないでしょうか？
>家庭用の場合、交流電流だと理解しています。
>20Aや30Aとはどのようにして決まるのでしょうか？

これは交流の実効値というものを使って表しています。
交流の電流のピーク値の絶対値を √(2)で割ったものです。
＃正確にはもっとちゃんとした説明があります。

>交流電流は、正弦波のような感じのグラフですが、
>グラフをみると電荷の大きさが時刻暦で変わっている
>グラフになります。
>電荷の値が時刻暦で正になったり負になったりなぜできる
>のでしょうか？

電線では電荷を運ぶのは電子ですが、電子が運んでいる微小な電荷は常に負です。
この流れの「向き」が時刻により変わるのです。なので電流値は
時々刻々と正になったり負になったりします。

つまり運ばれている個々の電荷は負ですが、電流の積分値としての
電荷(電線で運ばれた電荷量)は正になったり負になったりするということです。

補足

何度もご回答本当にありがとうございます。

＞電荷の流れの担い手は様々です。
一般的に、身の回り生活で使う電気とは電子でしょうか？
電荷の流れの担い手とはどんなものがあるのでしょうか？

乾電池では、電流の流れは＋→－で、電子の流れは
－→＋だと理解しています。
電流の流れる向きと、逆の向きに負の電荷（電子）が
流れているため、電流値は正になると言う理解で良いでしょうか？

＞この流れの「向き」が時刻により変わるのです。なので電流値は
＞時々刻々と正になったり負になったりします。
時々刻々と正になったり負になるのに、なぜ交流の電流はあのような
サインカーブとなるのでしょうか？

また、インターネットで調べてみたのですが、電子の移動速度は非常に
遅いでした。なのに、電線を通る電流はとても早いですよね？
ん～・・・よくわかりません。

本当にお手数をお掛けしますが、ご回答よろしくお願い致します。

回答No.1

中村 拓男（@tknakamuri）

>「電荷は素粒子が持つ性質１つ」について、
>この性質は、クーロンの法則という理解で良いでしょうか？

電荷そのものが「性質」ですね。クーロンの法則は電荷が従う
法則の一つです。

>「電流は電荷の流れ」について、
>電流はたくさんの電荷が流れているとイメージして良いでしょうか？

Yes

>直流は電荷が同じ方向に流れているとご説明頂いたの
>ですが、これはどういう事なのでしょうか？
>正の電荷、負の電荷が混在して同一方向に流れていると言う事でしょうか？

正の電荷、負の電荷が同じ量同じ方向に流れたら正味の電流は0になってしまいます。
電線では負の電荷の電子が片方向に流れ、正の電荷は動きません。
電解液などの場合は正イオンと負イオンが逆方向に移動します。

>直流のグラフは、縦軸に電流の大きさ、横軸に時間とすると
>ある一定の電流の大きさで時間軸に対して平行なグラフになると思います。

ちょっと引っかかるものが無いではないですが、
まあそういう理解でよろしいと思います。

>電荷は電流を時間で積分したものだから、1Aの電流が1s流れ
>ると1Cだと理解しています。
>-1Cは-1Aの電流が1秒間流れたことになりますが-1Aなんて
>聞いたことがありません・・・
>マイナスの電流なんてあるんでしょうか？

あります。電流には「向き」があります。あなたは既に電荷の動きや電流に「向き」が
あるといっていますよ。電流を向きも含めて数値で表せばプラスとマイナスの電流値に
なるのです。

>交流は同じ場所を往復するとあるのですがこれはどういう事でしょうか？
>交流とは時間によって周期的に電流の大きさと向きが変わる
>電流と理解しています。

かねがね合っています。

補足

ご回答ありがとうございます。

電荷と言うものに馴染みがないので理解が
進まず申し訳ありません。

電流は、正の電荷、負の電荷（電子）の流れで、
直流・交流と関係するものではない。
ここまでは、理解できました。

電荷そのものが性質とのことですが、
電流は電荷という性質の流れなのですか？
それとも、電荷を持つ素粒子（電子？）の流れ
なのですか？

＞電線では負の電荷の電子が片方向に流れ、
＞正の電荷は動きません。
正の電荷は動かないと言うことは、電線で流れている
ものは電子なのでしょうか？
すると、電流は負の値になるのではないでしょうか？

一般家庭での電気量の契約で、20Aや30Aなどありますが、
これは正の電荷なのではないでしょうか？
家庭用の場合、交流電流だと理解しています。
20Aや30Aとはどのようにして決まるのでしょうか？

交流電流は、正弦波のような感じのグラフですが、
グラフをみると電荷の大きさが時刻暦で変わっている
グラフになります。
電荷の値が時刻暦で正になったり負になったりなぜできる
のでしょうか？

以上、申し訳ありませんがご回答よろしくお願い致します。