送電線を伝わる電気の速さ

質問

たとえば，10万ボルトの送電線においては，どのくらいの速さ（ｋｍ／秒）で
電気が流れているのでしょうか？
（もしくは，真空を伝わる光の最高速度と比較すると何割くらいのスピード規模
になるでしょうか？）

もし速さを割り出す計算式を解説しているホームページがあれば紹介ください．
中学生がわかるようなレベルで解説くださると助かります．

回答No.10

noname#21649 · ベストアンサー

>もし”２”のように，次々に電子が超高速で押し出されるのならば，個体Ａの電子もまた，同じスピードで押し出され，結局は１も２も同じ速さではないのか？

具体的な定数を覚えていませんので．御自身で計算してみてください。
銅の１辺が１ｃｍ立方体で平行する２つの面に毎秒１Ａの電流が流れたときに．
１．流れる電子の数を求めてください。
２．銅の遊離電子が２個存在すると仮定して．立方体中の遊離電子の数を求めてください。
３．立方体のすべての遊離電子が順番に押し出される（押し出し流れ）と仮定して．立方体中の電子が入れ替わるのに必要な時間を求めてください。
４．銅中のすべての電子雲中の電子が順番に押し出されると仮定して．立方体中の電子が入れ替わるのに必要な時間を計算してください。
（本来は．交換可能な電子雲がかぎられています。が．私はその軌道を覚えていません。実際には．３ｄ２ｓ２ｐ軌道の混成軌道を考えますが．さて．どの軌道だったでしょうか）
５．流れる電子のもつエネルギーから．電子の運動エネルギーを推定し．先に上げた混成軌道のもつエネルギー分布と比較して．原子が並ぶ面上に１個の電子が隣に移動する確率と．元の方向に戻る確率を求めて．．．（以下．考え方を忘却）。
（これは．金属の中の電子が必ずしも同じ方向に移動しない（熱運動の為に跳ね返されてしまう）．など．押し出し流れ以外の電子の動きを想定した内容ですが．考え方を忘却しました。半導体関係の電子帯の考え方を眺めれば書いてあるかと思います）

これで．ある程度の考え方が分かるかと思います。計算はかなり前にしたきりなので．実際のところどうなるかは覚えていません。

お礼

手がかりに関するご説明にたいへんなお手間を取らせてしまったようで恐縮して
います．
欲を言えば，計算式で認証する作業を伴うことなく，イメージモデルが
与えられればそれでよかったのですが．．．
勝手言って申し訳ありません．
ありがとうございました．

回答No.11

stomachman

銅線の場合で、電子の移動速度は概ね0.1mm/secと記憶しています。（これはNo.9の１．の方の話ですね。）で、電流が伝わる速さ（No.9の２．）の方は真空中の光速より何割か遅い、という程度のオーダーであったと記憶してます。

そういえば、こんなネタもあります↓

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=16540

お礼

参考URLはたいへん勉強になりました．
ありがとうございました．

回答No.9

noname#21649

答えとして．何を求めているのか．がわかりません。
ある電線に．電圧をかけたときに．
１．電線内部に進入した電子が．電線の反対側から出てるるまでの時間
２．電線内部に進入した電子が．電線内部の電子を押し出し．断線の反対側付近にある電子を追い出すまでの時間
のどちらでしょうか。前者は１秒間に数ｎｍ移動できるかどうか（温度依存・原子に依存なので桁で結構ずれる）という．極めて遅い速度です。しかし．後者は既にあるようなかなり早い速度です。

補足

最初は，この二つの，どこがどう違うのか意味が把握できませんでしたが，
何度か読み返しているうちにわかってきました．
”１”は，「電線内部に進入した電子」をＡとすると，そのＡ自体が電線の反対側に
出るまでの時間という意味なんですね？
であれば，私の回答としましては「２が，私の質問にある”流れ”の定義です．」
となります．

しかし”１”の方のモデル（考え方）にも，たいへん興味を持ちました．
勉強不足ゆえ，元々”２”のイメージモデルしか私の頭にはなかったからです．

しかも，新たな疑問がわいてきました．
もし”２”のように，次々に電子が超高速で押し出されるのならば，個体Ａの
電子もまた，同じスピードで押し出され，結局は１も２も同じ速さではないのか？
と思えたからです．
（でも，こんな単純なことではないと思えますから，私が意味を取り違えている
ような気もします．もし私がご説明を理解していないとご判断された場合は，
勉強するための手がかりを教えてくださいませんか？）

回答No.8

dashinshi

<(__)>おおボケかましました。。。
謹んで、お詫びと訂正いたします。

電気が伝わる速度は、光速です！
電気信号が伝わる速度は、光速より遅くなります！

＃５で、信号と電気の速度を同じと説明していますが、、、
これが大きな大間違いです。

何度も書き込んで、かつ間違った情報で、申し訳ありませんでした。<(__)>

お礼

こちらこそ，何度もご足労いただき，ありがたく思っています．
私の理解も，だんだん佳境に入ってきました．
これを手がかりに，さらに勉強してみます．

回答No.7

nrb

１の人正解
光とほぼ同じです
秒速３０万ｋｍです

お礼

ご回答ありがとうございました．
真理に理由は要らないということなんでしょうか．
基本的な物理現象に関して，勉強不足を恥ずかしく思っています．

回答No.6

dashinshi

たびたびすみません。。。
dashinshiです。４番の冒頭は、＃２ではなく＃４です。。。
kikeroさん、、、すみません<(__)>

回答No.5

dashinshi

＃２です。
そうですね、オーディオで言う信号の速さは、電気が電線を伝わる速度と
同じと考えて頂いて結構です。

それから、蛇足になりますが、
「真空中の光の速度」ですが、光の速さも不変はありません。
簡単には、真空中と比べて空気中や、水の中では、速度が変わります。
もっともっと厳密には、真空中であっても光の速度が変わってしまうこともあります。

ちなみに。。。（笑）
原子核の周りを回っている電子の動きは、すごく遅いのです。
せいぜい時速数メータ程度と言われています。

回答No.4

dashinshi

電気は本来、光と同じ速度です。
しかし、導体の中を伝わるときは、波の形で伝わる関係で、
実際にはスピードが光速より遅くなります。

オーディオが好きな人に聞くとよく分かるのですが、
ケーブルには、どのくらい減速するのかを表す値として波長短縮率と
言うものが表示されています。

おたずねの10万ボルトの送電線の規格を私は知らないので
どのくらい減速してしまうかよく分からないのですが、
おおむね60％くらいは減速してしまいます。

詳しい計算の方法は、説明が難しいので書きのＵＲＬをご参照ください。
また「波長短縮率」をキーワードに検索するといろいろＨＰがありますよ。

参考URL：

http://www.mogami-wire.co.jp/puzzle/pzl-18.html

お礼

別のサイトでも「波長短縮率」という単語の解説が見つかりました．
少々難解ではありますが，なんとか理解できそうです．
オーディオ関係の解説では，”信号”の速度という表現となっているのが
特徴でしょうか．

ところで，今回の質問は，まったくそういう知識がないところから手探りで
書き上げたものでしたが，計算式の基準が「真空の光の速度」となっていた
ところが同じだったので非常に驚きました．

わかりやすい解説，ありがとうございました．

回答No.3

denden_kei

＞どのくらいの速さ（ｋｍ／秒）で電気が流れているのでしょうか？

送電線の一端で地絡などの電圧急変が生じたとき、それが伝達される速度の意味でしょうか？

伝送線路という概念を用いると、単位電線長あたりの容量C,インダクタンスLとすると、真空中の光速vに対してv/√(LC)で表されます。

...と面倒な話になりますが、電力工学の教科書を見直すと、実際は架空地線(普通の送電線)の場合ほぼ真空中と同じ速度になるそうです。

ちなみに都市部で使われる電力線ケーブルの場合、絶縁体の容量(∝誘電率)が大きいので2/3～1/2ぐらいの速度になるとのこと。

伝送線路の理論については、無線をやっている人が詳しいかもしれません。

お礼

> 送電線の一端で地絡などの電圧急変が生じたとき、それが伝達される速度の意味でしょうか？
もしかしたら私のイメージと違っているかもしれませんが，とりあえず
「そのことである」とお答えしておきます．

「伝送線路」という用語も含めて，これからご回答内容を勉強してみます．
ありがとうございました．

回答No.2

kikero

電圧と伝播速度は関係有りません。　電圧が何ヴォルトでも、光速です。

お礼

ご教授ありがとうございます．
光の伝播と電子の伝播のしくみは，科学的には同一だということなんですね．

回答No.1

epson01

光の速さと同じではなかったでしょうか。
つまり、秒速３０万キロ。

お礼

えっ？そうなんですか．
電圧の高低差による速度の違いはないというわけなんですね．
それと，媒介する物質によって流れが妨げられる（抵抗が発生する）ことは
ないのですね．
，，，そんなことも知らなかった自分が恥ずかしい．