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電流の定義について再質問
- ジュールという単位やIVsという電気的な単位について、どちらがどちらに合わせて定義されたのか疑問です。
- 電流のする仕事を運動に変換して、その力の仕事を定義した結果、電流のした仕事が定義されたと考えられます。
- 具体的には、モータなどを利用して実験的に[N・m]を出し、自由電子の電荷の大きさや電子の速度などを定義した可能性があります。
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>私の予想では、電気のする仕事（IVｔ）を運動に変えて、その力のした仕事を[N・ｍ]で計算し、それに見合うだけの電流のした仕事[IVt]を[J]というように定義したのだと思います。この考え方であっているでしょうか？ アンペアの定義は、１ｍ離れた２本の電線に電流を流し た時に、導体の長さ1メートルにつき2×10-7ニュートンの力を及ぼしあう導体のそれぞれに流れる電流の大きさです。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%BD%E9%9A%9B%E5%8D%98%E4%BD%8D%E7%B3%BB
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- Tacosan
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歴史的にいえば J と AVs が「同じものであることがわかった」ということでしょうね. どちらが先かというと... J かなぁ? いずれにしても, 「同じものである」ことがわかれば「違う単位を使う必要はない」ですよね. 以下余談: 「メートル法」として (あるいは SI として) 単位を定義するときには「その単位をいかに精度よく測定できるか」ということが問題になります. で, 電気関係の単位を導入するにあたって「どの単位が (その当時で) もっとも精度よく測定できるか」ということが調べられました. 最終的に残ったのが A なんですが, 候補としては A と Ω が残っていました. つまり (電気関係の単位を導入するときに) V はあまり「精度がよくなかった」ということでしょう. ということで, 確かに「後付け」ではあるかもしれないけども「単位の定義」という点においては A → V という順といわざるをえないんじゃないでしょうか＞#3. 2×10^-7N という数値は「そのとき使っていた A という単位になるべくうまくあわせる」ことで決まっていると思います. ちなみに今だと A より V または Ω の方が精度よく測定できるらしいです.
- info22
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＃２です。 ＞[A・V・s]＝[J]というのはやっぱり実験で求めたのですよね。 それともちゃんとした理論があってこのような単位が成り立つのでしょうか？ もちろん、理論に基づいて実験をして求めるられるということです。 ビーカーの水にニクロム線を浸して、ニクロム線の抵抗と流した電流の大きさと時間から 供給した電気エネルギー J[J]=I*I*R*t[A*V*s] が計算でき、 ビーカーの水の温度上昇（水のもらった熱エネルギー） Q（ジュール熱）[J}＝ｍ(水の質量)*×ｃ(水の比熱)×Δｔ(温度変化）[J} が等しいということです。 詳細は以下のURLや参考URLに実験の方法や理論式が載っていますのでご覧下さい。 http://www.nhk.or.jp/kokokoza/tv/butsuri/archive/resume038.html http://gakuen.gifu-net.ed.jp/~cont1/kou_rika/data/jiken/j16.pdf http://www2.center.gsn.ed.jp/houkoku/2003t/sangyou/03t55/03t55ma/T6WAT.PDF
お礼
つまりわかりました。要するに私が聞きたいのは [A・V・s]＝[N・ｍ]となるのはどうしてかということです。 どちらかが先に定義されて、後からどちらかが単位が合うように定義されなければいけませんよね。 実験では確かにこれが正しいことが確認できますが、そもそも電圧とか電流の大きさというのは、[Nｍ]の単位にあわせて実験的に定義されたということでいいでしょうか？
- BookerL
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＞または電気的にいうと[IVs]でもありますよね。 ん？電気的には、[Ws] かな？ 電力は Ｐ＝ＩＶ で 単位では [W]=[AV]、電力のする仕事は、ｔ秒間で Ｗ＝Ｐｔ になり、単位では [Ws]=[J] です。 さて、力のする仕事の単位が [Nm] で、これを [J] としています。[J] はエネルギーの単位でもあります。１[J] の仕事をする能力が１[J] のエネルギーです。 電圧は、電荷のする仕事から決められています。電荷１[C] が１[V] の電位差を下るときに１[J] の仕事をする、という関係です。 また、電流の単位は、１[s] に１[C] の電荷が移動するときが１[A] という関係です。 ということで、１[A] の電流が１[V] の電圧で流れるとき、１[s] にする仕事が１[J] である、という関係になります。Ｉ[A] の電流がＶ[V] の電圧で流れるときには １[s] にＩＶ[J] の仕事をすることになります。これが電力Ｐで、単位は １[s] にする仕事なので、[J/s] で、これを [W] としています。
お礼
すみません。質問の[IVs]は誤りで、[AVs]としたかったのです。紛らわしくてすみません。
- Zincer
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電気的に先に定義されたという理解でよろしいのでしょうか？ 逆だと思いますよ。 １Ｎ＝質量１ｋｇのものに１ｍ／ｓ＾２の加速度を与える力 １Ｊ＝１Ｎで１ｍ移動させたときの仕事（エネルギー） ですから、こちらの方がすっきりしませんか？ １ｋｇ、１ｍ、１ｓはかなり身近なものですから、定義は当然先に決まっていたはず。 （ここから先は自信なし） 電気的には １Ｖが先かな？ そこから１Ｊ＝１Ｖ×１Ａ×１ｓの関係から１Ａが決まったんじゃーないかな？ ついでにここで、１Ωが定義されます。 ＃１さんの定義は後付けの定義だと思いますよ。 例）現在の１ｍの定義
お礼
＞１ｋｇ、１ｍ、１ｓはかなり身近なものですから、定義は当然先に決まっていたはず。 私もそのほうが自然だと思います。
- info22
- ベストアンサー率55% (2225/4034)
通常は、ニクロム線に電流を流して、水を温めて、その温度上昇（ジュール熱）から、電流のした仕事量[J]とするかと思います。 電流は、導体の単位断面積あたり、毎秒何クーロンの電荷が通過したで定まります。 I [A] = dQ/dt [C/s] なお、モーターのした仕事量では正確な計測が難しいですね。
お礼
[A・V・s]＝[J]というのはやっぱり実験で求めたのですよね。 それともちゃんとした理論があってこのような単位が成り立つのでしょうか？
お礼
2×10-7ニュートンという数値は上の方のいうような、水を温める実験などから出てきた値なのでしょうか？ 電気の仕事と力の仕事をどう数値で結び付けているのか、高校の教科書には載っていないのでどうもイメージしにくいです。 [A・V・ｓ]が[J]になるといわれても、ピンとこないんですよね。