【8】電流・電圧・抵抗【物理基礎解説】

物理基礎・電気物理

この記事では、物理基礎「電流・電圧・抵抗」の解説をしていきます。

この項のポイントは以下の3つです。

  • 電流:電池の負極から正極に流れる電子の流れ
  • 電圧の意味:導体内の二点間の電位の差
  • 抵抗の意味:電気の通りにくさ

物理基礎で勉強する最後の単元である電気。中学の時も多少は勉強しますが、苦手意識がある人も多いはず。

物理基礎で学んだことが、ダイレクトに物理に必要になります!

整理して覚えておきましょう!

電流の意味

中学生の頃に習った「電流」。

もっと本質的なことを解説するので、しっかり覚えておきましょう!

そもそも、電流とは「電池の負極から正極に流れる電子の流れ」ですね。

電子の動きは正極から負極ではありません。
電流正極から負極に流れる」という事実と整合性を持たせるため、マイナスの電荷を持っている電子は、負極から正極に流れると半ば強引に決まりました。

導線を流れる電流は、よく水の流れに例えられます。

  • 水の流れが早い → 自由電子の流れが早い→電流が大きい
  • 水量が多い→自由電子の量が多い→電流が大きい

つまり、電流とは「(導線のある場所の断面を)1秒間で通過する電気量」とも言えますね。

なので下のような式が成り立ちます(負電荷Q<0の場合もあるので、絶対値付き)。

I = |Q| / t

  • 電流 I(単位:A)
  • 断面を通過した総電気量Q(単位:C)
  • かかった時間t(単位:s)
テッド
テッド

総電気量Qが多いほど、そしてその電気量が流れるだけの時間tが小さいほど電流 I が大きい。
単純だね。

電圧の意味

電流と同じく中学生の頃に習った「電圧」。

習いはしたけど「電圧って何?」って聞かれると分からない人が多いはず。

高校の物理では、もっと本質を理解していきましょう。

電圧とは「導体内の二点間の電位の差」のこと。

電気の圧力、電気を押し出す力や圧力と考えると、非常に分かりにくいです。
電位(基準点からの位置の差)と考えましょう。
詳しく説明します。

電圧は「高さ」に例えられることが多いです。

電圧の説明

水路を流れる水をイメージしてください。

位置が高いところから落ちた方が勢いが強くなりますよね。電圧が高いっていうのは、こういう意味なんです。

テッド
テッド

圧力っていう目に見えないものでイメージするのが、分からなくなる原因。
電圧は圧力ではなく「高低差」です。

抵抗の意味

これまた電流・電圧と同じく中学生の頃に習った「抵抗」。

「抵抗って何ですか?」って言わてズバッと答えられますか?

高校の物理ではもっとしっかり理解していきましょう。

抵抗とは「電気の通りにくさ」のこと。

道の通りにくさに例えられることが多いです。

道を通りにくくする(抵抗を大きくする)要因3つを紹介します。

  • 道が長くなる
  • 道が狭くなる
  • 障害物が増える

これを抵抗に適応させると…

  • 抵抗の長さ( l )が長くなる
  • 抵抗の断面積(S)が狭くなる
  • 電流が流れにくい材質になる(抵抗率(ρ)が大きい材質になる)

つまり、

抵抗R = ρl / S

となります。抵抗率ρは、長さ1m、断面積1m2の物質の抵抗を表していて、物質固有の値です。

まとめ

電流・電圧・抵抗について理解できましたか?

ポイントをまとめますね。

  • 電流:電池の負極から正極に流れる電子の流れ
  • 電圧の意味:導体内の二点間の電位の差
  • 抵抗の意味:電気の通りにくさ

電気の本当に基本でした。

中学の頃と覚え方が違います。確実に整理・理解しておきましょう!

さて、理解したら次の単元に進みましょう!

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