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電気の基礎知識

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電流と電圧

電気の正体は原子の持つ電荷のバランスの崩れで帯電することが根本にあります。電荷がバランスを崩し元の姿に戻ろうとする時(負電荷の移動=電子の移動)に電気が流れます。実はこの電気が流れる=電流という事です。すなわち電流とは、電気的に−の性質をもつ負電荷が移動することです。

「電気って+から−に流れるんじゃないの?」って疑問に思われる方もいると思いますが、電子の流れは+側に流れます。そして、電気が流れるためには「電圧」が必要になります。この電圧が電荷がバランスを崩して帯電した電気的エネルギーの差(電位の差)のことです。

電位とは、+側あるいは−側の持つ、電気的なエネルギーの値です。この場合のエネルギーは、電荷をどれだけ移動させることができるかどうかのエネルギーです。電気的に中性のゼロを基準としてどれぐらいの+又は−側にエネルギーを持っているかという事です。電気的に中性とは、アースのことです。アースを日本語で訳すと「地球」ですよね。つまり、地球の持つ電気エネルギーをゼロとして基準点に定めています。

簡単に電流、電圧を理解する為に、よく例えられるのは川です。川はご存知の通り高低差がなければ水が流れません。山の上から、海までの高低差これが電圧で、流れが電流となります。

導体と不導体

電気が流れる為には、道すじが必要です。「コンセントに差込までコードを引っ張る」これが、電気の道すじになることは、十分に理解していることと思います。では、そのコードは何でも良いのでしょうかと言う質問にも、おそらくほとんどの人がNOと言うでしょう。コードに使われる銅線は電気を通し易いとたいていの人は認識しているでしょう。
では、なぜ銅腺は電気を通し易いのでしょうか?ここまでくると「う〜ん?」と悩む人も出てくると思います。

なぜ銅線が電気を通し易いかは、電気抵抗率と関係があります。全ての物には固有の電気抵抗率という物をもっています。電気抵抗率の小さな物質は電気を通し易く、電気抵抗率が大きな物質は電気を通し難いということになります。電気抵抗率の小さな物質の代表格が金属でこのような物質を導体といいます。

また、電気抵抗率の大きな物質はゴムやビニール、ガラスなどで不導体(絶縁体)といいます。では、その電気抵抗率を決める大きな要素は何なのでしょうか?

答えは、「電子」です。導体には「自由電子」がたくさん含まれています。「自由電子」があれば、電気が流れ易いということになります。金属の原子は単体同士で結合し物質となる性質があります。そして単体同士で結合した場合は外郭にある電子は自由電子といって自由に個体間を動き回ることができます。難しい話ですね!簡単に言えば、「金属の中には自由に動きまわる電子がいてる」と思って下さい。

電流の3つの効果

電流が流れると、周囲に及ぼす効果は3つあります。
・発熱効果
・磁気効果
・化学効果

発熱効果は、抵抗体に電流を流すと、抵抗体は発熱しジュール熱と呼ばれる熱を発生させます。身近な電化製品では、トースターや電気ポットなどがこの発熱効果を利用したものです。

磁気効果は、電流を流した電線の周囲に磁界を発生させる効果です。磁界とは、その周りが磁気を帯びることです。つまり磁石のような働きをします。身近な電化製品では、換気扇や扇風機などがこの磁気効果を利用したものです。

化学効果は、電極A−B間に電流を流すと、水は分解され+極に酸素、−極に水素が発生する電気分解を引き起こさせる効果です。化学工業で広く応用されています。また、この効果の逆現象を利用した物が電池です。

直流とは?

直流とは、回路中に電流を流す際、流れる電流の方向が常に一定方向である電源のことをいいます。電池からの電気は全て直流電源です。携帯電話などのバッテリーに充電するときは、アダプターを通して充電します。このアダプターは直流になるように変換してくれています。

直流電源の特徴としては、電池でもわかる通り、電気を貯めておく事ができます(交流電源はできません)。電気をバッテリーに貯めておき、携帯用や非常用に幅広く利用されています。又、電子回路などのように、一定方向の電気が必要な装置には欠かせないものとなっています。

交流とは?

交流とは、時間の経過と伴に、電気エネルギーの大きさと方向が周期的にくり返し変化する電源のことです。交流電源は一般家庭のコンセントに使われている電源で、くり返される周期のことを周波数といいます。関東地方では50Hz、関西地方では60Hzの周波数で電力会社から送られてきています。

交流の特徴としては、変圧(ボルト数を変えること)が簡単にできます。又、回転磁界を作ることができるといった特徴があります。