物理 負の電流 －電流 について

質問

負の電流について教えて下さい。
負の電流と負の電圧がセットだと言うことは
わかりました。

電位差の高いほうから低い方に電流が流れる。
これが電圧なので、
5V→0
-5V←0
と流れる向きが逆になると思います。

負の電流は、-極から+極に流れるという理解で良いでしょうか？

インターネットで調べると、電流は必ず+極から-極へ
流れると説明があるので疑問に思いました。

負の電流では、
電子が＋から－に移動していると説明がありました。
陽子が-から+に移動している場合も同様に負の電流
となるのでしょうか？

以上、ご回答よろしくお願い致します。

回答No.11

ORUKA1951 · ベストアンサー

No.9です。
＞電圧が0なら電流は0という解釈は正しいのではないでしょうか？
＞電流が左向きに流れるのはどうしてですか？

　電流と電圧は区別しましょう。

　電流とは電荷の移動です。(電子やイオンや荷電粒子が電荷を担いますが、それとも区別しましょう。)
　電圧とは、２点間の電位差です。

　回路の導体のある点の断面を考えた場合、その断面を電荷が移動すると電流が流れたと言う事です。
＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　電荷←|←電荷
￣￣￣￣￣￣￣￣￣
　また、次のような回路を考えてみてください。
　　　　　　D
┌─電池─●─抵抗─┐
└───┤　├───●C
　　　　A　　B
　A-B間には電流は流れませんが電位差(電圧)はあります。この間を導体で接続すると、AB間には電流が流れますが、AB間の電位差はなくなります。
(理想回路--ここでその導体にも抵抗があるからなどを考えるのは間違い)

　ここで、BからAに電流が流れる場合を[正]と決めておくと、逆方向の1A電流が観察されたとすると、その電流の値は-1Aになります。
　このとき抵抗の両端に電圧が発生します。その電圧が10Vであれば、抵抗両端の電位差は　R=E/I より、10Ωが分かります。

[回路]
　　　　　　D　→(-1A)
┌─電池─●─抵抗─┐
└───┤◎├───●C
　　　　A　　B　　　　　　◎は電流計
　　　　　←(-1A)
　上記の場合、【仮に】点Cを基点に右回りに考えるとします。(点Cに右から入る電流を+とする)
　AB間に電流計を入れて計測すると-1Aの電流が観察されました。途中で分岐はありませんから、抵抗にも同じ値の電流が流れていますから、C点を基準(0V)に電圧を測るとD点は-10Vです。
　回路を一周すると電圧はゼロでなければなりませんから、DA間は+10Vになります。

　よって、電池の左がプラス、右がマイナスになります。

　このように考えることが出来るようにならないと、ホイストーンブリッジなどややこしい回路になると計算が出来なくなります。

　これは、
　＋　　－　D　←(+1A)
┌─電池─●─抵抗─┐
└───┤◎├───●C
　　　　A　　B　　　　　　◎は電流計
　　　　　→(+1A)
と全く同じ事を言っていることが分かります。

お礼

ご回答ありがとうございます。
理解できました。

回答No.10

中村 拓男（@tknakamuri）

>負の電流の場合は、電圧も負という認識で良い
>でしょうか？

電圧はいたるところにあります。電源の両端子の電位差もあれば
抵抗の両端の電位差(電圧降下)もあります。回路中の任意の2点には
必ず電位差(電圧)があり、また測り方の極性に従って正負はどうにでも
なります。

例えば直流抵抗の正の電流の方向をに対し、下図のように電圧をかければ
負の電流が流れるでしょう。このとき電圧の向きを下図のように
定義すれば負になります。

　　　------------->(正の電流の方向)
<-------------(正の電圧の方向(右端子が基準))

電源－-----=======-------電源＋

お礼

ご回答ありがとうございます。

電圧の正負と向きに関しては、新たに質問させて頂こう
と思います。

よろしければそちらにご回答下さい。
http://okwave.jp/qa/q8154167.html

お手数をお掛けしますが、よろしくお願い致します。

補足

ご回答ありがとうございます。

正の電圧と定めた方向が電流の向きになるのでしょうか？

電圧の向きや、正負はどうにでも定義してよいのですか？
オームの法則はどうなるのでしょうか？

本当に何度も申し訳ありませんが、ご回答よろしくお願い
致します。

回答No.9

ORUKA1951

No.3です。
読まれてないようですので、最後に
No.8への補足
＞負の電流の場合は、電圧も負という認識で良いでしょうか？
　電流と電圧の区別が出来ていないです。

・ある点において、入ってくる電流を[正]、出て行く電流を[負]としたとき電圧は一切関係ありません。
・電圧が発生するのは、２点間に電流が流れた時にその２点間に抵抗があるときだけです。

　ある点、あるいは２点間に抵抗がない場合は電圧は０です。

とにかく
＞電位差の高いほうから低い方に電流が流れる。これが電圧なので、
　ここが根本的な誤解の源なのです。　　　　　　　^^^^^^^^^^^^^^^^

右向きの流れを「正」と決めたら、左向きの流れは「負」です。!!!
　たった、これだけのことです。
　もし電流が負でしたら、それは「左向きに流れている」と言うことと同義です。

　中学校で足し算、引き算を数直線上の移動で考えたでしょ。そこを徹底的に復習する。
50円から100円は引けませんが、50円に(-100円)を加えると、-50円になったでしょ!!!
　そして、最初の中身の前後の差(電圧)は、50円で、最初の中身がプラスで、今はマイナスでしょ。

お礼

すいません。
やはりちょっと気になったので調べました。

http://okwave.jp/qa/q1895496_2.html#answer
によれば、導線にも抵抗はあるようです。

なので、一般的（日常）には電圧が0なら電流は0という
解釈は正しいのではないでしょうか？

超伝導の場合は、電気抵抗が0になるので電圧が0でも
電流が流れるようですね。

補足

ご回答ありがとうございます。

抵抗がない場合、電圧が0でも電流は流れるのですね。
抵抗がある場合は、電圧が0なら電流は流れないと言う
ことですね。
私は、電圧が0なら電流は流れないと思っていました。
ご指摘ありがとうございます。

＞右向きの流れを「正」と決めたら、左向きの流れは
＞「負」です。!!!
この点に関してもう少し教えて下さい。
右向きを正と決めた電流が、左向きに流れたら負という
ことは分かりました。
電流が左向きに流れるのはどうしてですか？
これは電圧は関係ないのでしょうか？

以上、お手数をお掛けしますがご回答よろしくお願い
致します。

回答No.8

中村 拓男（@tknakamuri）

>負の値の電流は-端子から+端子方向に流れるとは、
>-2Aの電流について考えると、
>2Aの電流が-端子から+端子方向に流れると言うことですか？

正しいです。

ただ、正の方向を決めて正負で方向を論じるのと
電流の絶対値と電流の方向で論じるのを混在させると、
聞くほうが混乱するでしょう。後者を使うなら負の電流はやめて、
電流の大きさと方向で常に話すように統一すべきでしょう。
ただそのやり方は後で数式化しにくいです。

>＞電流の正の向きを電位に逆らう向きに決めたって
>＞問題ありません。電流値が負になるだけです。
>
>これだと、-2Aの電流が+端子から-端子に流れている
>と言う事でしょうか？

これはいいませんね。+端子から-端子へ流れる電流を正とすると、
-2A の電流は、-端子から+端子へ流れる電流。

あるいは、-端子から+端子方向に 2A の電流。

普通は回路図に

　　　　　　------> IB
Plus-----------------------Minus

矢印は正の電流の方向。

とか書く場合は、 IB > 0 だったら Plus から Minus へ電流が流れることで
IB < 0 だったら Minus から Plus へ電流が流れることを表します。

で、一度そう決めたら、電流は正負だけ告げるだけで十分です。
-3A 「で」　Minus から Plus へ電流が流れる　などというと
誤解を生みます。マイナスを使うなら回路図上に明確な方向定義を
記すべきでしょう。

補足

ご回答ありがとうございます。
理解できました。

最後にもう一点教えて下さい。

負の電流の場合は、電圧も負という認識で良い
でしょうか？

何度もすいませんが、ご回答よろしくお願い致します。

回答No.7

uen_sap

負の電流・・余り聞きなれませんが、正の電流が電子の流れの逆方向とすると、負の電流は
陽電子の流れの逆法方向と言うことになるもですが、これが期待される回答とは思えません。

ベクトル（方向）を意味しているのではないですか。
電流計算をするときに、電流の正の向きを決めて、答えがマイナスの電流になれば、逆方向に流れる、となりますが、
そのことを意味されてませんか。

回答No.6

Water_5

電流は正極から負極へ流れます。
なので、負の電流を定義することは混乱を招くだけですので
止めたが良いと思います。

回答No.5

中村 拓男（@tknakamuri）

>負の電圧は基準の取り方の問題なのですか？
>負の電圧がなんなのか良くわかりません・・・

電位を高さに例えることはよく行われますが、
それで行くと、基準となる端子の電位が「低く」て
もう片方の端子の電位が「高い」なら電位差(電圧)は
プラス、

基準となる端子の電位が「高く」て
もう片方の端子の「電位」が低いなら電位差(電圧)は
マイナス。

電位差はあくまで高さの差です。どちらから眺めるかで
正負が決まります。

回答No.4

中村 拓男（@tknakamuri）

>負の電流については、
>電子が+端子から-端子に流れている。
>電流の流れとして考えると負の値の電流が+端子から-端子に流れるという
>ことですね？

ちょっと整理したほうがよいかな。

1) 電子の流れの向きと電流の流れの向きは逆。つまり電流は正の電荷の流れと考えてもいいので
とうめんこれで考えましょう。電子の流れの向きに治すときは最後に逆向きにすればよい。
2) 電線に流れる電流の向きの正負をいうときは、あらかじめ電線の「電流が正になる」向きを
決めておく必要があります。電線が左右に張ってあって、右方向なら正、左方向なら負とか。
これは好きに決めてよいのです。
3) 正の電流(正の値の電流)とは 2) の決め事に従えば右に流れる電流。負の電流(負の値の電流)とは
2) の決め事に従えば左に流れる電流。
4) 「負の値の電流が+端子から-端子に流れる」という言い方はしません。電流の向きの定義と電流の方向で
　　正負が決まるのであり、電流の正負で向きの定義の方を反転させてはいけません。
「電流が+端子から-端子に流れる方向を正とするなら、負の値の電流は-端子から+端子方向に流れる。
　　が正しいです。電流の流れの向きは正電荷の流れる方向と常に考えます。

電流の方向の定義。電流の方向と正負の決め方を混同せず、しっかり頭に入れてください。

5) 2)のように、回路の電流の「正」の向きを定めるのはあなたです。電源の＋電極やー電極は参考程度。
どう決めてもよいのです。回路内に電源が複数あれば、電源の電極は参考にできないことが
　 すぐにわかります。とにかく電源の電極に惑わされないでください。電流の正の向きを電位に逆らう
向きに決めたって問題ありません。電流値が負になるだけです。

補足

ご回答ありがとうございます。

＞電流の正の向きを電位に逆らう向きに決めたって
＞問題ありません。電流値が負になるだけです。
正の電流の向きを+端子から-端子と定義すると、
負の値の電流は-端子から+端子方向に流れる。

負の値の電流は-端子から+端子方向に流れるとは、
-2Aの電流について考えると、
2Aの電流が-端子から+端子方向に流れると言うことですか？

＞電流の正の向きを電位に逆らう向きに決めたって
＞問題ありません。電流値が負になるだけです。
これだと、-2Aの電流が+端子から-端子に流れている
と言う事でしょうか？

以上、何度も申し訳ありませんが、ご回答よろしく
お願い致します。

回答No.3

ORUKA1951

根本的な部分で思い違いされています。

1) 電流は＋から－に向かって流れます。
　これは良いです。

2) 回路全体では、電流は(1)に従いますが、ある点において［仮に］入ってくる電流をプラス、出て行く電流をマイナスと考えると、回路中のすべての点で０でなければなりません。
※この場合の電流は、正負は全く関係なく出入りを考えています。

[例]
　お金は沢山ある人から流れていきます。途中でお金の流れが滞らないとすると、誰かさんの財布に入るお金をプラス、出て行くお金をマイナスとすると、入ってくるお金と出て行くお金が一致すればお金は貯まっていかない。
　道路を走る車を上り方向に走るのをプラスとすると、上りに向かう車はプラス。しかし、下り方向をプラスとすると今度は走る方向はマイナスと考えますね。

＞電位差の高いほうから低い方に電流が流れる。これが電圧なので、
　これも違います。電位差の差が電圧であって、電流には関係ありません。流れなくても電圧はあります。

＞負の電流では、
＞電子が＋から－に移動していると説明がありました。
＞陽子が-から+に移動している場合も同様に負の電流
　これも違います。回路に電流が流れると言うことは、電位の高いほうから低いほうに【電荷】が移動すると言うことで、電子には限りません。電荷の移動が電流です。
　それと、ある点において右に流れるほうをプラスと考えれば、左に電荷が移動すれば移動方向は負です。

　高い位置にあるタンクから低いタンクにホースで水を移すとき、コックを開ければ、高いほうから低いほうに水は移動しますが、上のタンクの水が下のタンクに移動するのではありません。もし色のついた水だと、上のタンクから数センチも進まないうちに、下のタンクにの水は増えています。
　電荷の担い手は、電子であったり陽イオンであったり陰イオンであったりα線(ヘリウム原子核)だったりしますが、その担い手と電流を混同してはなりません。

＞陽子が-から+に移動している場合も同様に負の電流
　ここもが違う。
　陽子(正の電荷をもつもの)が、AからBに移動すると、電荷はAからBに移動しますから、電流はAからBに流れたことになります。-から+なんて考えるからおかしくなる。
　もし、BからAに流れる方向をプラスと考えると、逆方向に電荷が移動したことになるから電流の向きはマイナスです。

　中学校で学んだ負の数と、数直線上の移動方向の概念を復習しましょう。
　^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
数直線上で、中心を0、右を正、左を負とする。
　ある数に、別の数を加えるとき、別の数が負数なら、あたらしい点は左に移動する。別の数が正の数なら右に移動する。
　引き算は負の数を加えることに等しい。
　　このあたりが引っかかっているのではないでしょうか？？

回答No.2

中村 拓男（@tknakamuri）

>ここで、電源が負の電圧だった場合、
>電流は電源の＋と－どちらから流れるのでしょうか？

電圧というのは2箇所の電位の差です。
電源の電圧というのは電源の端子抜きでは考えられません。

マイナス端子を基準にして、プラス端子が+5ボルトの電源は、プラス端子を基準にして
マイナス端子は -5V の電源です。判りますでしょうか？　

同じ電源でも基準になる端子の選び方で電圧は正にも負にもなります。

>負の電流と言うのは、
>・負の値の電流が＋極から－極へ
>・正の値の電流が－極から＋極へ
>と2パターン考える事ができるのでしょうか？

最初のは、電流の向き(検流形の向き)を電源のプラス端子からマイナス端子にした場合
次は、電流の向き(検流形の向き)を電源のマイナス端子からプラス端子端子にした場合ですね。

両方とも電子がプラス端子からマイナス端子に流れるという意味では
同じですが、負の電流というのは負の値の電流です(つまり1番目)。

補足

ご回答ありがとうございます。

＞マイナス端子を基準にして、プラス端子が+5ボルトの電源は、
＞プラス端子を基準にしてマイナス端子は -5V の電源です。
結局どちらも、同じという事ですか？
基準をどこにとるかで、電圧が正か負になると言うことでしょうか？
負の電圧は基準の取り方の問題なのですか？
負の電圧がなんなのか良くわかりません・・・

負の電流については、
電子が+端子から-端子に流れている。
電流の流れとして考えると負の値の電流が+端子から-端子に流れるという
ことですね？

電流は、荷電粒子の流れなので電子ではなくてキャリアが陽子だと考えると、
陽子が-端子から+端子に流れる事も同じ負の電流ではないのですか？

以上、ご回答よろしくお願い致します。

回答No.1

中村 拓男（@tknakamuri）

>インターネットで調べると、電流は必ず+極から-極へ
>流れると説明があるので疑問に思いました。

「+極と-極」電源の電極の表示だと思いますが、プラスの電極から
電流が流れ出るとは限りません。回路内により電圧の高い
電源がああれば逆流が可能です。

単純に直流電源に抵抗負荷がつながれている場合は、+極から-極へ
流れます。

>負の電流は、-極から+極に流れるという理解で良いでしょうか？

負の電流とは、電流を測った点(測定点)において、あらかじめ決めておいた
方向(検流計の向き)とは反対方向に流れる電流のことです。

検流計の向きと電極のプラスマイナスは関係ありません。自由に設定できるのです。

補足

ご回答ありがとうございます。

すいません。。。
良くわかりません・・・

直流電源と抵抗だけの簡単な回路を想定します。
ここで、電源が負の電圧だった場合、
電流は電源の＋と－どちらから流れるのでしょうか？

負の電流と言うのは、
・負の値の電流が＋極から－極へ
・正の値の電流が－極から＋極へ
と2パターン考える事ができるのでしょうか？

申し訳ありませんがご回答よろしくお願い致します。