導体の回路に電圧をかけるとどうなるか

質問

導体でできた回路に電池をつなぐなどして電圧をかけるとします。このとき、次のことが疑問です。

(1)導体とは抵抗がない物体だから、無限大の電流が流れる、と考えるのか。

(2)回路内に電場はできるのか。

(3)回路内の電場(上記(2))と、そこを流れる電流(上記(1))にはどのような関係があるのか。

よろしくお願いします。

回答No.1

noname#215107 · ベストアンサー

電子工作を趣味にしているアマチュアです

(1)現実世界には存在しませんが内部抵抗がゼロの電圧源(=「定電圧源」と言います)に、これまた存在しませんが抵抗ゼロの導体をつなぐと、無限の電流が流れることになります。

実際には導体にも抵抗があり、電源にも内部抵抗があるため、大電流は流れますが、電源の電圧が低下します。

(2)抵抗ゼロの導体が存在しないとすると、実際に存在するのは大きい導電率σを持つ導体です。電場i/σが存在することになります。

(3)単位面積当たりの電流i=Eσの関係があります。

お礼

疑問が解決しました。ありがとうございました。

回答No.3

info222_

(1)導体とは抵抗がない物体だから、無限大の電流が流れる、と考えるのか。

現実には「導体とは抵抗がない物体」は存在しません。小さいけれども直流抵抗が存在し、導体に無限大の電流は流れることはできません。電池の内部抵抗もあり、大電流を流そうとすると現実の電池は発熱して壊れます。電池が無限大の電流が流せたとすれば、導線の抵抗分のため、一瞬で発熱溶融して銅線が溶けて破断してしまいます。
つまり、現実には、電池と導線を接続した瞬間、電池と導線の弱い方か、両方が、発熱し壊れ、発火し火事の危険性があり、電池は破裂する危険性があります。
自動車のバッテリーを導線で短絡すると、接続した端子が瞬時にとろっと溶融し動線の被覆が焼けて煙を出し発火すると同時に導線が溶けて溶断します。危ないですから実験はしないようにしましょう。

(2)回路内に電場はできるのか。

一瞬の間にはできるでしょうが、瞬間に電池や回路が発熱して壊れ溶断して、回路そのものが存在できませんので、電場を考える意味がありません。勿論、電流が流れれば電場は存在するでしょうね。

(3)回路内の電場(上記(2))と、そこを流れる電流(上記(1))にはどのような関係があるのか。

瞬時に発熱、溶融破断し存在しなくなる回路について、その回路の電場と電流を考えても意味はないでしょう。

超伝導導線に大型発電所１つ分の電源を用意して、超伝導実験をしますが、超伝導コイルや液体ヘリウムでポンピングした２重魔法瓶では超伝導導線やコイルには殆どゼロであるが完全にはセロではない回路に巨大電流を流して実験しますが、回路の導線に殆ど抵抗がないため、わずかな電場しかできません（導線の長さ方向単位長あたりの電位差（非常に小さい）が電場の大きさになります。液体ヘリウムの冷却で超電導が実現できている間は、殆ど電圧をかけなくても巨大電流（といっても数1000A)を流し続けられます。液体ヘリウムが蒸発して使い切って超伝導が破れた瞬間、超伝導トランスのコイルや導線は瞬時に高温発熱発火蒸発してなくなってしまいます。このような大実験は、電力会社に協力してもらい、専用の変電所を用意して、高価な液体ヘリウムを用意して、使いきりの超伝導導線や導体を用意し、超電導が破れた時の超伝導導体の発火溶融蒸発の危険対策をして行わないと無理ですから、そういう実験設備が揃っられる研究施設でないと簡単にはできませんね。

お礼

超伝導について勉強になりました。ありがとうございました。

回答No.2

kamobedanjoh

（１）導体といえども、現実に無抵抗（０Ω）の導線は存在しません。如何程かの抵抗値を必ず持っています。従って、無限大の電流が流れることはありません。抵抗値０Ω、電流無限大は仮想の演算です。また、電池に限らず、電源には必ず何程かの内部抵抗があり、例え導線の抵抗値が０に近い値であっても、電流が無限大になる事は有りません。電圧と回路全体の抵抗値の関係で、電流の値が決まります。導線の途中に抵抗のやや大きい部分があれば、W=I²Rに従って局部的に発熱し、断線します。これが安全器（フューズ）の原理です。　
（２）過渡電流（電源をONにした瞬間の電流の急激な変化）による電磁界が発生し、その瞬間電磁波を発生します。内部抵抗を含む抵抗値が０に近い場合は、過大電流のため電源が瞬時に破壊します。乾電池などは一瞬でパンクし、電解液が流れ出すことになります。電磁波の発生も、電源破壊までは維持されます。電場とは電界が作用する範囲を指します。閉じた回路では電場は出来ません。発生するのは電界プラス磁界＝電磁界です。
（３）電磁界の強さは、一応マクスウェルの方程式に従います。マクスウェルの方程式は正しくないとの、主張もありますが、この際は議論しないで置きます。

お礼

現実の導体についてよくわかりました。ありがとうございます。