電圧と水圧

質問

電圧を水圧で例える人がいますが、納得できません。
水を使って例えると、電圧は水圧で、電流は水の流量だと説明されることがあります。
しかし、水圧は、ミクロな視点で考えると、水分子が単位面積に与える力だから、速さだけでなく、流量にも影響されますよね。
でも、電圧って、電子が単位面積に与える力というわけではないでしょう？
電圧は、電子を動かそうとする力のことではないですか？
ならば、電圧を水路の傾斜で例えることは納得できます。
重力下では、傾斜が大きければ大きいほど、一つ一つの水分子にかかる力（水分子が進む向きに）は、大きくなっていきますからね。
電圧が大きいということは、電子一つ一つにかかる力が大きいということですよね？

私は、電気初学者なので、間違った記述があるかもしれませんが、電圧を水圧に例えることに疑問を抱いたので、質問させていただきました。

回答No.6

foomufoomu

＞えーと、水を流そうとする力とは何ですか？
あなたは、「電圧とは電子を流そうとする力」だと言いました。たぶんそれと同じことです。
力とは何か？．．．といった質問には物理学は答えてくれません。それに答えるのは哲学の仕事です。
物理学は、力に関する諸々の法則を教えてくれるだけです。

＞重力ですか？
重力も水圧を作る元になります。とくに電気を水に例える場合は、水圧は重力で作られるものとして説明することが多いですね。

＞だとしたら、水圧とは重力のことですか？？
これは「木は太陽光線で育ちます。だとしたら木は太陽ですか？」と言っているようなものです。
前に書いたように、水圧とは何か？　には物理学は答えてくれません。

＞水圧は傾斜には比例しません。全体の高低差に比例します。
＞傾斜が大きい方が水圧も大きくなると思うのですが。
ここに、底にパイプを取り付けた3つの水槽があるとします。どれも同じ大きさで、高さ１ｍの台に乗っていて、パイプは地面まで伸びています。
ただし、パイプは斜めに伸びていて、1つ目の水槽は水平に2mの所、2つ目の水槽は水平に1mの所、3つ目の水槽は真下にパイプの端があります。
（つまり、高低差は一定で、パイプの勾配だけが違います。）

さて、それぞれの水槽にいっぱいに水を入れた時、パイプの地面側の端での水圧は、どのようになりますか？
（水圧は、どれも同じです。）

＞傾斜が大きくなれば、傾斜方向にかかる重力も大きくなり、
同じ高さのパイプでは、傾斜が小さいと、パイプ長さあたりの傾斜方向の重力は小さくなりますが、パイプの長さが長くなるので、全体の水圧は同じになります。結果的に、水圧は傾斜に無関係で、高さだけで決まります。

お礼

ありがとうございます。

＞力とは何か？．．．といった質問には物理学は答えてくれません。それに答えるのは哲学の仕事です。
物理学は、力に関する諸々の法則を教えてくれるだけです。

承知しています。
僕の問いは、「力とは何か」という哲学的なものではなく、純粋に物理学的なものです。

＞これは「木は太陽光線で育ちます。だとしたら木は太陽ですか？」と言っているようなものです。

foomufoomuさんが、水圧を「水を流そうとする力」だと書かれたので、「ならば重力のことでしょうか？」と質問しました。
「水圧＝水を流そうとする力」で、「水を流そうとする力＝重力」ならば、「水圧＝重力」になりませんか？？
僕の水圧に対する認識は、水（ミクロな視点でみると、たくさんの水分子）が単位面積に与える力の合計であって、水（ミクロな視点でみると、水分子）を流そうとする力（重力）のことではないです。
水圧の原因は重力だが、水圧そのものは重力ではない、という認識です。
水圧は電気反発力、という認識です。
たとえば、バッグには重力が作用しますから、手で持ち続けるためには、力が必要ですが、手にかかる力そのものは、重力ではなく、電気反発力ですよね？？
バッグが手に力を与える原因は重力だと言えるでしょうが、バッグが手に与える力そのものは、重力ではなく、電気反発力ですよね？
それと同じ認識です。

＞ここに、底にパイプを取り付けた3つの水槽が・・・

ああ、なるほど。
やはり、foomufoomuさんと僕ではその点の認識も違っていたようです。
僕は、水路の傾斜と水路の距離が比例するという前提には立っていませんでした。
僕が考えていたのは、傾斜だけが変わり、水路の距離は変化しない場合です。

補足

＞僕は、水路の傾斜と水路の距離が比例するという前提には立っていませんでした。

ここ、比例ではなく、反比例ですかね。
傾斜が大きくなると、水路の距離は短くなりますから、比例ではないですね。
そもそも比例、反比例の考え方で合ってますかね。
とにかく、僕が考えていたのは、傾斜だけが変わり、水路の距離は変化しない場合です。