電圧とは一体何なのか

質問

電圧とは一体何なのか、全く分かりません

電流は銅線の断面を通過する電子の数が6.25*10^18個のとき1Aと言いますが、

1Vはどう説明したら良いでしょうか
教えてください

回答No.7

cloud-lab · ベストアンサー

電気に関する力であるクーロン力は電場を生み出し、質量に関する力である重力は重力場を生み出します。
重力場、電場と言われると難しく聞こえるかもしれませんが、重力場は重力のかかっている場所、電場はクーロン力のかかっている場所という意味です。
この重力場と電場は似たような性質を持っています。
重力に相当するものがクーロン力であり、高さに相当するものが電位(電圧)です。
ただ、重力場と電場の決定的な違いは、重力場ではすべての物体が上から下に落ちますが、電場には正電荷と負電荷があるので、正電荷は上から下へ、負電荷は下から上へ"落ち"ます。

　<重力場>　　⇔　　<電場>
　 重力　　　　　　クーロン力
　 高さ　　　　　　　 　電位
　 質量　　　　　　　　電荷
(＋しかない)　　　　(＋－がある)

回路においても電位(電圧)の概念は同じです。
電池は＋極と－極の高さの差を一定に保つ働きをします。(＋極の方が高い。)
電子は負電荷を持っているので電圧の低いところから高いところへ流れます。
電流は電子の流れと逆向きと定義されているので、電圧の高いところから低いところへ流れます。
また、昔は、回路には正電荷が流れていると考えられていたので、電流を電圧の高いところから低いところへ流れる向きと定義した、ということもできます。

さて、ボルトについてですが、これは高さのメートルに相当します。
1キログラムの物体を1メートル持ち上げるのに必要なエネルギーが(これは残念ながら)約9.8ジュールです。
他方、1クーロンの電荷を1ボルト持ち上げるのに必要なエネルギーが1ジュールです。
これを少し変えて、
「1ボルトは1クーロンの電荷を運ぶのに1ジュールの仕事を必要とする電位差」
と"定義"されています。

ちなみに、重力場で変な値が出てきたのは、メートルが「基準に地球の北極から赤道までの子午線の長さの1000万分の1の長さ」として考えられたからです(^^;

回答No.8

cloud-lab

#7です。
ちなみに・・・がちょっと変でしたね。
重力場のとこで変な値が出てくるのは、キログラムがそのように定義されていないからだと思います。

回答No.6

shkwta

電圧のイメージを簡単に説明します。

(1)クーロン力（静電気力）
　電荷と電荷の間には力が働きます。
　正電荷と正電荷…斥力
　負電荷と負電荷…斥力
　正電荷と負電荷…引力

　力の大きさは、電気量の積に比例し、距離の２乗に反比例します（クーロンの法則）。

(2)電位（静電ポテンシャル）
　空間に電荷が分布しているとします。この空間に別の電荷（テスト電荷）を置くと、周りの電荷から力を受けます。そのため、テスト電荷が動くとき、エネルギーの吸収と放出が起こります。
　正のテスト電荷を正電荷に近づける→エネルギーを吸収
　正のテスト電荷を負電荷に近づける→エネルギーを放出
　負のテスト電荷を正電荷に近づける→エネルギーを放出
　負のテスト電荷を負電荷に近づける→エネルギーを吸収

エネルギーの吸収とは、たとえばテスト電荷を押して仕事をしてやる必要があるとか、動いているテスト電荷にブレーキがかかって運動エネルギーが減るなどです。放出はその逆です。

　テスト電荷をあるルートにそって一周させると、エネルギーの吸収量と放出量は等しくなり、出入りゼロとなります。したがって、エネルギーは貯金のように蓄積され、放出されるものと考えられます。この蓄積されるエネルギーを静電エネルギーといいます。テスト電荷を、ある点Aからある点Bに動かしたときの静電エネルギーの変化は、途中の経路に関係しません。

　静電エネルギーは、テスト電荷の電気量に比例します。そこで、静電エネルギーを電気量で割ってやると、その量は電気量に関係なく、点Aと点Bの位置だけで決まります。これを電位差といいます。

　[電位差]＝[静電エネルギー]／[テスト電荷の電気量] （ア）

　電位差は２点間に定まる量ですが、どこかに電位=0 とする基準点を設けると、空間の各点に電位を求めることができます。電位は、正電荷側を正にとります。静電エネルギー 1 J 、テスト電荷の電気量 1 C のときの電位差を 1 V と定義します。

(3)電圧
　上の電位差の考え方を回路に適用したのが電圧です。回路内では、電子の分布に偏りがあり(通常はわずかですが）、正電荷の濃いところと負電荷の濃いところがあります。この偏りを作り出しているのは、電池などの電源です。電源は、電子を電位差に逆らって移動させる働きをします（つまり、静電エネルギーを供給します）。電子は、電源の負極から出発して、回路内を正電荷の濃いほうに進み、電源の正極に到着します。

　回路の２点の電位差が電圧です。また、どこかに基準点（たとえば電池の負極）を設けて、回路の各点の電圧を考えることができます。電圧は、正電荷側を正にとります。

　回路の２点AB間を電流が通るとき、式（ア）より、AB間で放出される静電エネルギーは単位時間当たり[AB間の電位差]×[AB間を通る電流] となります。これを消費電力といいます。電位差1 V、電流 1 A のときは、1 s につき 1 J　（つまり、1 W)になります。

　あとは、No.5の参考URLのテキストを読んでみてください。
　なにかわからないことがあれば、補足してください。

回答No.5

shkwta

(参考）
電気に関する初歩的なテキストです（他にもいろいろあると思います）。
http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2003/00135/mokuji.htm

電圧の単位の定義はこういう順序になっています。

(1)時間の1秒(s)と、質量の1キログラム(kg)をまず定義します（詳しくは省略）。
(2)1 sに光が進む距離を299792458メートルとして、長さ1メートル(m)を定義します。
(3)力の単位ニュートン(N)を定義します。1キログラムの物体に1 m/s^2の加速度を与える力を1 Nとします。
(4)エネルギーの単位ジュール(J)を定義します。物体を1 Nの力で1 m動かしたときに物体に与えるエネルギーを1 Jとします。　
(5)電流の単位アンペア(A)を定義します。真空中に無限に長い２つの直線導体を1 m の間隔で置き、両者に等しい電流を流したとき、導体の長さ1 mにつき 2×10^(-7) N の力が働くときの電流を1 A とします。
(6)電気量の単位クーロン(C)を定義します。1 A の電流を 1 s流したときに移動する電気量を1 C とします。
(7)電圧の単位ボルト(V)を定義します。回路の2点間を1 C の電気量が通過したときにその区間で消費される電気エネルギーが 1 J のときの電圧を 1 V とします。

しかし、定義からの説明は初心者向けというわけにはいきません。(3)(4)は力学の知識がいるし、(5)は電磁気学の知識が必要です。正攻法でいくのもあるし、いろいろ便法を工夫するのもあると思います。入り口はあちこちにあるでしょう。もうすこし、お困りの点を補足してください。

参考URL：

http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2003/00135/mokuji.htm

補足

他人に教える前に自分でイメージを頭の中に入れておこうと思ったのです。
電流は何とかイメージ出来ましたが、電圧のイメージで苦戦して居るんです。
定義なら、本を調べれば載っているのですが、余りイメージがつかめなくて
消費される電気エネルギーが１Ｊの状態はどの様にイメージしたらいいでしょうか

回答No.4

green20005

「電流は銅線の断面を通過する電子の数が6.25*10^18個のとき1Aと言いますが」
知識が無い人に教える人の予備知識かな？イオンや正孔や電子の移動は携帯電流と言いまして電流の一形態ではありますがこれが定義ではありません。金属導体の電流も粒子としての電子の移動とは違うんです。このカテゴリで検索を試みましたか？「電流 電圧 抵抗 定義」などで検索すると多くの回答があります。

回答No.3

crystalsnow

電気の流れをよく川の水の流れで例える事があります。
電流は川を流れる水の量、
電圧は川の傾斜角度です。
電流(電気の流れ)は電位差（電気を帯びている状態の差)のあるところに発生します。電位差＝電圧と考えてください。電気の流れやすさ、流れる勢いを電圧と考える事が出来ます。
傾斜(電圧)が大きいほど電気は流れやすくなります。
Vは[J/(A・s)]で表示されますので１アンペアを１秒で流しきるための圧力（勢い)と説明できます。

回答No.2

foobar

電荷で説明するなら、
「電子が6.25*10＾18こ集まったときの電荷(電気の量でもいいのかな、、）が(-)1クーロン」　として
「2点間を1クーロンの電荷を動かすのに1ジュールのエネルギーが必要なとき、2点間の電位差(電圧)は1ボルト」
「一秒間あたり1クーロンの電荷が通過するときには、そこを流れる電流が1アンペア」
というのは如何でしょうか。

回答No.1

acacia7

あんまり情報ないですが。。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%9C%A7

尚、電流は「１秒間に」「１クーロン」の電荷移動が必要ですね。

電圧に関しては２点間にかかる電位差と考えるべきかとも思います。
ここで「１ボルト」とは
・「１オーム」の抵抗に「１アンペア」の電流が流れる電位差。
または
・「１ファラド」のコンデンサーに「１クーロン」の電荷が蓄電される電位差。
等の定義が使えるかも。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%9C%A7

補足

全く電気の知識が無い人達に教えるので、とっても困ってるんです
１Ωと１Fの定義はどうなってるんでしょうか