電流とは？テキストには載らない基本的なこと。
どうも。
オウムガイルです(￣▽￣)
さて、先日の電圧に引き続き、僕が勉強していた時につまずいてしまった事の一つ、電流について話をしていきたいと思います。
電流は、電圧よりも関係するシーンが多いので、基本をよりしっかり把握しておかないないと、脳みそやられてしまいますょw
ご意見ご質問などございましたらお気軽にどうぞ！
電流は奥が深い
では早速行ってみましょう。
と言いたいところですが、電流についてはほんとに覚える事が多いです。
なんせ、この記事を書くために調べていても、まだ知らない事がたくさん出てくるくらいですからぁσ(^_^;)
ですので、ここではあんまり深入りしません。
ってゆーかできませぬw
でもどんなに難しい事でも、基本から一歩ずつ理解していけば、いずれ分かってくると思います。そう信じていますw
ってわけで、ここでは基本的過ぎてテキストには書いていないような事をメインに書いていきたいと思いますので、よろしくお願いします。
電流について調べてみたこと
電流とは何か。
冒頭ではいろいろ奥が深いとお伝えしました。
偉大なる発見と、大変な研究の成果である事は事実でしょうが、所詮は、その結果を人間が分かりやすいようにルール付けしたという事に過ぎませんので、ビビる必要は全くありません。
では早速、お決まりのwikiペディアの情報から紹介します。
【wikiの解説】
電流（でんりゅう、英: electric current[注 1]）は、電子に代表される荷電粒子[注 2]の移動に伴う電荷の移動（電気伝導）のこと、およびその物理量として、ある面を単位時間に通過する電荷の量のことである[1]。
電線などの金属導体内を流れる電流のように、多くの場合で電流を構成している荷電粒子は電子であるが、電子の流れは電流と逆向きであり、直感に反するものとなっている。電流の向きは正の電荷が流れる向きとして定義されており、負の電荷を帯びる電子の流れる向きは電流の向きと逆になる。これは電子の詳細が知られるようになったのが19世紀の末から20世紀初頭にかけての出来事であり、導電現象の研究は18世紀の末から進んでいたためで、電流の向きの定義を逆転させることに伴う混乱を避けるために現在でも直感に反する定義が使われ続けている。
電流を語りだすと、原子の構造にも言及しなければならないし、行き過ぎると量子力学という分野の理論も取り入れなくてはなりません。
電験3種では、電子の動きをクーロンの法則などを使って解いていくレベルまで勉強ができますが、ここでは基本的な概念を平たく表現してみます。つまり、
- 電子という電気の粒が流れることをいいます
- 電子がある地点を1秒間にどれだけ通ったかをいいます
これが基本の概念でよいと思います。
余談ですが、量子力学では、電子は波であり粒子ではないという考え方があります。しかしまだ議論の余地が残されている考え方であると思われますので、あえて電子は粒であると書いています。
で、みなさん。
驚いてはいけませんょ。
僕はこれを知って愕然としてしまいましたが、
電流の流れる方向は電子の流れる方向と逆や(-"-)
ってことです。
これだけ読むと、
ふーん。そんなもんなんや。
てなるかもしれませんけど、北海道でんき保安協会さんのページを見てごらんなさい！
【北海道でんき保安協会さんの解説】
正の電気をもったAと負の電気をもったBを1本の鋼線でつないでみます。すると第4図のようにBの（－）は銅線を通ってAに流れ込みます。つまり正に帯電していれば（－）が不足している状態なのでBより自由電子の（－）がAの不足電子を補うため、いっせいに流れ出します。
この自由電子の流れを電流といいます。水の流れにも方向があるように電気の流れにも方向があります。
電流の流れの方向は電子の流れと反対方向をいいます。これは電気の研究を始めた昔、まだ電子が発見されていないときに正電気の流れる方向を電流の方向と定めたからです。
今考えると逆のわけですが、これは別に不都合がないので、現在も電子の流れとは逆の方向を電流の方向としております。
wikiペディアよりも、ど素人にやさしい解説で助かります。
ここで、アンダーラインを引いている個所に注目してください。これって、
はじめはそう思ってたけどほんまは逆でしたw
って事っすよ？
まだ電子が発見されていなかったとはいえ、その後も修正せずに今日まで来てしまっている、いや来れちゃってるってことが信じられません！しかもっ！！
つじつまはちゃんと合ってる。
んです。
なんか狐につままれたままこの世を生きているって感じがして、
物理学者はテキトー人間かｗ
と本気で人間不信になりましたょ(-"-)
あかん。ついダークな自分が表に出てしまったw
いろいろごちゃごちゃしてしまいましたので、ここまでをまとめておきます。
- 電子という粒が流れる様子のことです
- 電子がある地点を1秒間にどれだけの量通ったかを表します
- ＋から－へ電流が流れると計算しますが、実際は－から＋へ電子が流れています
不思議ちゃんなお話もありますが、ここだけ抑えて次に行きましょう。
電流について押さえておくべきポイント
電流については、以下の項目を押さえておくと、いろんな難しい現象や公式などが理解しやすくなると思います。
冒頭にすでに触れた項目や、電験以外のテキストには載っていそうな事もあると思いますが、まだ理解できていない人はどうぞ。
電流の決まり
電流の基本ルールをまとめてみました。まだ他にもルールはありますが、大元はこんな感じやないかと思います。
１Ａを電子の数で考えてみると、天文学的な個数の電子が１秒間に通過している事がわかりますね。
僕は、電験を勉強した時、オームの法則から復習して、そのまま直流回路、交流回路へと進みましたが、もっと基本的な概念から理解を深めていきたい人は、電磁気学からやってみるとよいかもしれません。
電流とは電子の流れの事である
これは、先ほどからお伝えしている事ですが、もう少し詳しくお話してみましょう。
世の中の物質は、様々な原子の集まりであることを聞いたことがあると思います。
実は、その原子の周りに電子が存在します。
また、原子は＋の電荷を帯び、電子は－の電荷を帯びている事がわかっており、その物質によって、電子を離しやすい（電子との結びつきが弱い）性質のものと、そうでないもの（電子との結びつきが強い）が存在します。
そこに電圧が印加されることによって、電子を離しやすい物質ではよく電流が流れ、そうでない物質では、なかなか電流が流れないのです。
また、電圧が印加された時は、プラスの電荷を持つ原子に、マイナスの電荷を持つ電子が引き寄せられていくイメージで良いと思います。
ここまでイメージできれば、後の勉強がとてもはかどります。
僕は、テキストの勉強からスタートしましたので、非常に苦労しましたｗ
イメージをしっかり持つことはとても大事ですね！
電流は閉回路の状態でないと流れない
次に、電流はどのような時に流れるのでしょうか。
実は、電圧が印加されている状態だけでは電流は流れません。
電流の通り道が、ちゃんと閉回路と呼ばれる一筆の輪として構成されていないと、電流が流れないのです。
ちょっと例えがわかりにくいかもしれませんが、スマホの充電を思い出してみましょう。
スマホの充電を何度も繰り返していると、コードが傷んできて、ある時突然充電できなくなってしまう事がありますよね。
ちなみに、僕は何回もコードを買い替えていますｗ
この原因はみなさんも容易に想像できると思います。
新品の時は、コンセントから導線を通ってまたコンセントに電流が帰っていくという、輪の状態のループができているのですが、扱い方によっては、強度が弱い部分で断線してしまいます。
こうなると、電流が流れることができなくなり、いくら電圧がかかっていても充電ができません。
単純ですが、これはとても重要です。
ちなみに、この状態で使用を続けると、導線と導線の間にわずかな隙間ができた状態で電圧をかけることになりますので、火花放電（導線の端から電子が流れ出て火花となる現象）の原因となり、高温を発熱し、最終的には火が出る危険性があります。
だもんで、
ケチってないでさっさと新しいコードに変えんさいっ！！
ってなるのです(-"-)
試験でも、複雑な回路が問題に出ることがあり、よくよく考えて電流のルートをたどらないと、間違った回答になってしまいますので、気を付けましょう。
電流も作られ方によって2種類の性質がある
電流にも、電圧と同じように作られ方によって２種類の性質があります。
これも当然と言えば当然なのですが、作られた電圧がパワーの源となって電流を流しますので、その性質が違えば電流もそれにならうという事です。
では、さらっといってみましょう！
直流電流
はい。
見たことあるグラフですね！
なんせエクセルで作ってますので殺風景ですが、ご辛抱くださいませ(-"-)
直流電流は、直流電圧がかかったときに現れる性質の電流です。
直流電流だけを考えるのは比較的簡単で、直流電圧と同じく、
ずっと変わらず流れ続ける電流。
です。
ここがややこしくなる時というのは、流れる先で作用する抵抗やコンデンサなどが絡んだ時だと思いますが、基本はこのようになりますので、ひとまず押さえておいてください。
交流電流
次に交流電流です。
これも、交流電圧がかかった時に現れる性質のもので、
いったりきたり方向を変えながら流れる電流。
となります。
ここでは、時間０からプラスの電流が流れるグラフを掲載していますが、電験では時間１から流れる電流など、様々なケースを考えなくてはいけません。
なぜこのようなややこしい電気を使っているのかと言いますと、電圧の時は送電のしやすさなどをメリットとして挙げていますが、電流の場合はさらにメリットがあります。
それは、電流が作用する場所である抵抗に関係する事です。抵抗には様々な特性があり、その中の一つに、
反対向きの電流は通さないけど正の向きは通すものがある。
からです。
この性質を持つ抵抗は、コンデンサと呼ばれるものであり、コンデンサを最大限生かせる電流が交流電流なのです。
これだけではなかなかイメージしづらいですが、パソコンやスマホなどの製品には必ずその性質を利用した仕組みがとられています。
わかりやすいサイトとして、村田製作所さんが丁寧に解説されていましたので、一度ご参考にしてみてください。
最後に。。。
ここまで、電流について基本ではあるけど、テキストにはなかなか載っていないと思われることを僕なりにまとめてみました。
まだまだ、解説しきれていないところが多々あるかと思いますので、あとでそれがわかった時にでも追加していきたいと思います。
もし、これを読んで気になること等があればご意見お待ちしております。
ここまで読んでくださり、本当にありがとうございました。
