電圧 正 負 方向 について

質問

前回の質問で、負の電流については理解できました。
ご回答頂いた方、何度も本当にありがとうございました。
前回の質問内容：http://okwave.jp/qa/q8150726.html#

電圧の向きと正負について教えて下さい。

添付の画像を参照下さい。
直流電源でオームの法則に従って値を書きました。

（1）本当に基本的な事から教えて下さい。
　　 電源は電圧だけを与えるのでしょうか？
　　 電圧を与えれば、導線内に勝手に電流が発生するのでしょうか？
　　 電源は電圧と電流を与えるのでしょうか？
　　 電源は電圧と電流を与えていて、回路の抵抗によって
　　 流れる電流が決まるのでしょうか？

（2）添付画像の図Aと図Bの電圧は、どうなるでしょうか？
　　 図Aは+5Vで、図Bは-5Vになると思います。
　　 だから、負の電流のときは電圧は負になるのではと
　　 考えています。

（3）添付画像の図Aと図Bの電圧の向き（矢印）はどのように書ける
　　 でしょうか？

（4）図中の青線部と緑線部は同じ電流値と思います。
　 なぜ、抵抗の前後で電流値は変わらないのでしょうか？

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。

回答No.6

中村 拓男（@tknakamuri） · ベストアンサー

ちょっとまとめておくと

電流と電圧には向きがあります。電流が電子の流れならその流れの反対の向き。
A, B 点間の電圧は A より B の方が電位が高いなら、AからBへの向きです。

一方、電圧値や電流値を正負を付ける場合、予め正となる向きを決めておく必要があります。
電流の場合は、電線の正となる電流の向きを、電圧の場合は 0V になる基準点を
個々に決めておきます。

予め正となる向きを決めておいて、初めて電圧や電流の値に正負をつけることができます。
正の向きが決まっていなければ、個々に大きさの「絶対値」に向きを添えて電圧や
電流を示すしかないでしょう。

図A, B も正負で電流や電圧を考える場合は、事細かに正の向きを指定する必要がありますし、
それと実際の電流や電圧の向きを区別して図に示す必要があります。そうでないといつまでも
曖昧で誤解釈だらけになります。回路を数式で処理しようとすると、必ずこの処理が
必要になります。

蛇足１：

電流値を表す記号に矢印が添えられている場合、習慣的に矢印は正の方向を表します。
そうでない場合は電流の矢印の意味は曖昧です。言葉で補足してください。

電圧を表す記号は指定端子の基準点に対する電圧を表します。図では基準点から指定端子に向かって
伸びる矢印で2点と向きを指定する場合もありますが、矢印が無い場合は、有る点のアース(GND)を
基準にした電圧を示します。

蛇足２: 直流電源が正の電圧も負の電圧も出力するような場合、特定の電池の記号では
電圧の向きが固定でうまくないので、もっとよい記号があります。
(丸の中にプラスとマイナス記号)

お礼

ご回答ありがとうございます。
まとめの解説非常に分かりやすいです。

本当にありがとうございました。

回答No.5

中村 拓男（@tknakamuri）

図の電流の向きを「実際」の電流の向きとしてお答えします。

(1) 電圧源は理想的には、2点間の電圧を決められた値にするような電源です。
どのような電流が流れるかは繋がれたものによります。抵抗なら、電流は
オームの法則で計算できます。

(2) 電圧は電位差なので、回路図では 基準点を指定して、それを基準に
示すのが普通です。緑色の電線が基準なら、Aの青の電線は5V, B の青の電線は -5V です。

バッテリー記号の横に記す電圧は 両方共 5V と書く場合もあるし、B を -5V と書く場合も
有ります。適当です。後者はアースに対する電圧を明示したいときにそうなるみたいですね。

(3) 電源の電圧の向きという意味なら「実際の」電圧の向きは A は上向き、Bは下向きでしょう。
素子の電圧の「実際」の向きは電位の低いほうから電位の高いほうへ向きます。

(4) 電荷は消費されるものではないからです。物質の属性です。例えば川の水流で水車を回しても
水が消えたりはしませんし水流が弱まるわけでもありません。もし弱まれば水車のところで
水が溢れます。

回答No.4

fxq11011

電気を考える時、電圧だけ、または電流だけを考えると余計ややこしくなります。
元は電気量です、単位クーロンまたはアンペアアワー＝A×h＝Wワット＝電力
電源は電力を供給する物です、ただしその能力として、各電源により電圧、電流に上限があります。
例　発電機を相当の一定の回転数で回して、負荷抵抗を接続した時、抵抗値を変えると、電圧が変わります（もちろん電流も変わります）、ただし電流×電圧は変わりません、発電機には最大流せる電流に限度があります、それ以上流す必要＝負荷が小さいと電圧が下がります（夏場の電力事情で消費が多いと大規模停電の理由）。
電流は電子の流れとは逆と定義されています。
負の電流の表現はあまり聞いたことがありません、電位差（電圧）があって電流が流れます（当然高い～低い）、ただし交流では電圧と電流の位相がずれるそうです、電圧・電流をサインカーブで表示すると、電圧に遅れて電流が流れる、つまり電圧のサインカーブが０からマイナスになっても、電流は同じ方向に流れる（位相遅れの間だけ）、これも負の電流？と言えるのでは・・・無効電流とも言います。
＞電圧を与えれば、導線内に勝手に電流が発生するのでしょうか
導線の抵抗がもし０オームなら、電圧は発生しません（その代わり電流は無限大※実際は電源自体に内部抵抗があるため、回路全体では抵抗０になりませんので無限大にはなりません）。
＞電源は電圧と電流を与えていて、回路の抵抗によって
電力を与えます（最大電圧・電流は電源の能力によります）、回路の抵抗により電圧・電流は相互に変化します、ただし電圧×電流は常に一定です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
理解できました。

回答No.3

Nebusoku3

＞図Bは負の電流を表したつもりです。
間違えて、-0.5Aとしましたが、正しくは0.5Aの電流
が-端子から出ています。
図Bの-0.5Aを0.5Aとすれば正しいでしょうか？

図Bをこのままお使いで　あり、　電流が-0.5Aを0.5Aとすれば　質問者様の　おっしゃる　「負の電流」　とはまさに　「電子の流れ」　になります。

同一回路内で　電圧と電流の向きは　同じ方向であるのに対して　「電子の流れ」　は全く逆の方向になります。
この負の電流　を表現したいのであれば　「電子の流れに」　という言葉にし、　矢印の色を電流とは別の色にすればいいです。　但し、電子の流れ　は　0.5A と言った表現はしないです。　あくまでも0.5A は電流でA図と同じ向きになります。　（電流 ≠ 電子の流れ）

電流と電子の流れに関して説明しているURLが有ります。参考まで
http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/denshi2.html

お礼

ご回答ありがとうございます。
理解できました。

回答No.2

Nebusoku3

回答する前に　質問者様は　添付図　において　言葉の意味に関する混乱がある様なのでそちらを先に説明します。
●図Aの表示は自然です。　電圧も　電流も　矢印の向きになります。
●図Bの表示は不自然です。（間違っています）　負の電流を表現するために書かれたものと思いますが、本当に基本的なことから始める場合、この様な表示は混乱する原因になります。　　ご存知の様に電池の記号で細くて長い方が　＋　太くて短い方が　－　ですね。これは　合っています。　しかし電流の方向をこの様に表示することは基本では絶対ありません。（この回路に別の逆の電源が隠されている場合は別ですが、それも無いようです。）

それではご質問に順番にお答えします。　（ I = V/R ：　電流 ＝　電圧／抵抗　オームの法則　）
（1）本当に基本的な事から教えて下さい。
　　 電源は電圧だけを与えるのでしょうか？　→　●電源は　電圧だけ　の他に継続的なエネルギーを提供します。
　　 電圧を与えれば、導線内に勝手に電流が発生するのでしょうか？　→　●図A　の様な回路が形成されれば電源の電圧から自然に電流が流れます。
　　 電源は電圧と電流を与えるのでしょうか？　→　●回路に電圧を与えると電流が流れます。電源にはそれを継続するエネルギーを持っています。（電池が切れるとは　エネルギーが切れた　ことですね）
　　 電源は電圧と電流を与えていて、回路の抵抗によって
　　 流れる電流が決まるのでしょうか？　→　●電源は電圧と電流を流すための継続的なエネルギーを回路に与えます。　電源の電圧と回路の抵抗によって電流の大きさが決まります。

（2）添付画像の図Aと図Bの電圧は、どうなるでしょうか？
　　 図Aは+5Vで、図Bは-5Vになると思います。
　　 だから、負の電流のときは電圧は負になるのではと
　　 考えています。　→　●図Aは正しく電流の方向が描かれています。　図Bでは電池の極性を逆にしなければなりません。　細くて長い方を下にします。

（3）添付画像の図Aと図Bの電圧の向き（矢印）はどのように書ける
　　 でしょうか？　→　●　この図をそのまま使うと　→の方向や電流 の　表示を　図Aと全く同じにしないと矛盾が生じます。　図Aでは矢印の方向が　電圧と電流を　正しく示しています。　図Bを正しく表示するには電池の向きを逆にする必要があります。

（4）図中の青線部と緑線部は同じ電流値と思います。
　 なぜ、抵抗の前後で電流値は変わらないのでしょうか？　→　●電流は回路が形成されたときに流れます。　回路に流れる電流はその回路の中の　抵抗によって制限され　図Aの様な回路を「閉回路」　と言い　電池、導線、抵抗を含んだ回路内に同じ電流が流れます。
※つまり、抵抗が回路内の電流を決めるもとになっているからです。

補足

ご回答ありがとうございます。

図Aでは正の電流を表しています。
図Aにおける電圧の方向は電流と同じと言うことは
理解できました。

図Bは負の電流を表したつもりです。
間違えて、-0.5Aとしましたが、正しくは0.5Aの電流
が-端子から出ています。
図Bの-0.5Aを0.5Aとすれば正しいでしょうか？

以上、ご回答よろしくお願い致します。

回答No.1

shintaro-2

>（1）本当に基本的な事から教えて下さい。
　　 電源は電圧だけを与えるのでしょうか？
　　 電圧を与えれば、導線内に勝手に電流が発生するのでしょうか？
　　 電源は電圧と電流を与えるのでしょうか？
　　 電源は電圧と電流を与えていて、回路の抵抗によって
　　 流れる電流が決まるのでしょうか？

通常の電源は、電流も供給します。
電圧だけ与えても、電流が流れない場合があります。
電気石等

５Ｖの電源に5Ωの抵抗を接続して１００Ａ流そうとしても流れません。
電流の最大値はオームの法則で決まります。

電源が充分大きな電流を流す能力がなければ、オームの法則で決まるような最大値は流せません。
そんな時は、電源電圧が低下して結果的にオームの法則が成立するような、それなりの電圧と電流になります。

>（2）添付画像の図Aと図Bの電圧は、どうなるでしょうか？
　　 図Aは+5Vで、図Bは-5Vになると思います。
　　 だから、負の電流のときは電圧は負になるのではと
　　 考えています。

電圧の基準をどちらにするかの問題です。
電圧を負と呼ぼうが正と呼ぼうが、2点間の電位差があることと、同じ側の電圧が高いことには変わりはありません。

>（3）添付画像の図Aと図Bの電圧の向き（矢印）はどのように書ける
　　 でしょうか？

同じになります。

>（4）図中の青線部と緑線部は同じ電流値と思います。
　 なぜ、抵抗の前後で電流値は変わらないのでしょうか？

抵抗の中では電流が発生したり、消滅しないので、入ったものがそのまま出るだけです。
新たに電荷を生み出すようなところがあれば、電流が増えたり減ったりします。

お礼

ご回答ありがとうございます。
理解できました。