交流の理解

質問

交流についてお伺い致します。よく、交流は、電気が行ったり来たりしている、という話を聞きますが、家庭と発電所を行ったり来たりしている、と理解していいのか、或いは家庭と変電所の間を行ったり来たりしている、と理解していいのか、どちらでしょうか？

回答No.5

Donotrely · ベストアンサー

No.4です。

＞電荷が数ミリ幅で行ったり来たりするような感じで、どうしてモーターなどが動くのか、わからなくなりました……

電荷の行ったり来たりが電流であり、力の源です。
行ったり来たりするのはモータ近辺やモータ内部のみならず、
途中特殊な設備が無ければ、
発電所からモーターまでの経路上のいたるところで
電荷が行ったり来たりします。
但し、途中で沢山の電線が合流するので、
そのモーター分だけを観測できるかと言えば、
ちょっと遡ったらその先ではたぶんできなくなるでしょう。

この電荷を行ったり来たりさせるのは電界で、
電線に電圧をかけると、電線の中に電界が生じます。
電界は電線の中を光の何十パーセントというとても速い速度で伝わり、
この電界に合わせて電荷が動きます。
電圧は毎秒5～60回ずつ反対方向にかかり、
それに合わせて電界も同じように毎秒5～60回ずつ反対方向に生じます。
電荷はこれに合わせて向きを変え、
経路上のいたるところでとても短い距離を行ったり来たりします。

ですから発電所で発電されると、
人間の目には何かが発電所から家庭に瞬時に飛んで来ているように感じますが、
実はそれは電界なのです。
途中に変圧器があってもそこでは電圧が受け渡され、電界もリレーされます。
こうして伝わって来た電界に合わせて、モータ近辺やモータ内部で
電荷がごく短い距離を行ったり来たりします。

よく見かける間違いに、玉突きの原理と言うのがあります。
端から電荷を押すとトコロテン式にもう一方の端からでてくるという説明です。
しかしそれは間違いで正しくは、
電界が電線中を高速に伝わり、
その電界に合わせて電荷の移動が起こるということです。

お礼

ということは、一般的に表現される、電流が流れる、というのは適切ではなく、電界が伝わる、という表現の方が適切ということでしょうか？

回答No.7

AVC

＞家庭と発電所を行ったり来たりしている・・家庭と変電所の間を行ったり来たりしている・・

　どちらも違います。『行ったり来たり』のイメージは競泳プールのターンを連想しますが交流電気はプールサイドのターンではなく『プールの中間でコーチの笛に合わせて泳ぐ方向を変える』をイメージしてください。プールサイドで折り返えしてはいませんので電線の長さは無関係で強制的に流れる(泳ぐ方向)を変えさせられます。

　『コーチの笛』に相当するのが50ヘルツ、60ヘルツの周波数でこれは発電所の発電機の回転数で流れる方向と合わせて決まります。我が国は50ヘルツと60ヘルツに分かれていますが同じ周波数なら『行ったり来たり』のタイミングは同じになります。

お礼

折り返してはいないんですか。泳ぐ向きを変える、つまり、電子の移動方向が変わるわけですね。ようやくですが、イメージが掴めてきました。ありがとうございました。

回答No.6

Donotrely

#5です。

＞一般的に表現される、電流が流れる、というのは適切ではなく、電界が伝わる、という表現の方が適切ということでしょうか？

いえ電流が流れるという表現でいいですよ。

ただそれを引き起こすのが、
玉突きの原理のようなものではなく、
電界が高速に伝わり、
その電界に反応して経路上のいたる所の電子が、
一斉に(速くはないけれど)移動(交流なら行ったり来たり)するということです。

お礼

そういうことですか。結構複雑ですね。ありがとうございました。

回答No.4

Donotrely

No.2です。

＞例えば、家庭のコンセントと柱上変圧器間では、電荷の移動がある、ということですね。

電荷の移動は遅いですからねえ、周波数が50Hzや60Hzだと、
同じ方向の時間は1/100秒や1/120秒ですから、移動はありますが距離的にはとても小さいでしょう。
せいぜい数ミリだと思います。

変圧器は、それを挟んで電荷が移動することはない、ということであって、
電荷が家庭用の負荷と変圧器の間で行ったり来たりすると言う意味ではありません。

家庭用負荷から変圧器までの間の電線に水の様に電荷が詰まっていると思って下さい。
それでホース全体をせいぜい数ミリ幅で行ったり来たりするような感じです。

お礼

電荷が家庭用の負荷と変圧器の間で行ったり来たりすると言う意味ではないのですか。
確かに、NO，３のTXV12003 さんの解説にもありましたが、正直、少々、混乱してきました。
電荷が数ミリ幅で行ったり来たりするような感じで、どうしてモーターなどが動くのか、わからなくなりました……
?　?

回答No.3

noname#215107

金属で出来た電線の中に電流が流れると、自由電子が移動するというのはご存知ですよね。
おそらく電子がものすごい高速で移動することをイメージされているのではないでしょうか。

しかし、実は電子が金属の中で移動する速度は1秒間に数ミリなのです。カタツムリくらいの速度でしか移動できません。

電圧を電線の両端にかけると、電線の内部に無数に存在する自由電子が、一斉に動き始めます。
電源から距離が離れた場所にある自由電子にも「動け」という指令が瞬時にかかるのです。この指令(電界)が伝わる速度は光速に近い速さなのです。

それでは交流電圧をかけたらどうなるでしょうか。 「前に進め」「後ろへ下がれ」という指令が繰り返し電線内部にいる自由電子たち全員にくだされます。
そうすると自由電子たちは、「ちょっと前に出て、ちょっと後ろに下がる」ことをずっと繰り返します。それこそミリ以下の短い区間で全員が同じことをします。

これがいったり来たりのイメージです。

水に例えると分かりやすいです。
ホースの中には水が満たされています。
直流の場合は、片側に蛇口をつないだ状態です。水の流れる速度は一秒間に1メートルくらいのものでしょう。
しかしホースが何十メートルあっても、蛇口をひねった瞬間に先から水が出ますよね？水圧はほぼ一瞬で全体に伝わるので、すぐに押し出されるのです。

交流の場合は、水で満たされたホースの片側に押し引きができるピストンを取りつけたイメージです。ホースの反対側には風船でもつけておきましょう。
ピストンを押したり引いたりすると、ホースの反対側で風船が膨らんだりしぼんだりすると思います。

水自体はちょっとしか動いていませんよね？

お礼

そうなんですか。てっきり、電子が一　瞬のうちに移動しているものと思っておりました。
指令だったんですね。簡単なようで電気の世界は神秘的な動きで成り立っているんですね。
ありがとうございました。参考になりました。

回答No.2

Donotrely

電流の位相は理論的にはいくらでも変わり得ます。
ですから、
発電所の発電機の電流位相がそのままずっと
家庭の最終負荷まで同じか？と言えば、
一般的にはそうはなりません。
もし一致してれば偶然ということになります。

ちなみに電流は単位時間当たりの電荷の移動量で定義されますが、
電荷(電子等)が瞬時に家庭と発電所/変電所を
行き来することはありません。
それどころか途中に変圧器があるので、
そこを跨いで行ったり来たりすることはありません。

それぞれの位置で電荷は前に進んだり後ろに進んだりします。
そしてその行ったり来たりのペース(周波数)は同じですが、
タイミング(位相)は様々です。

電圧については、
少くとも家庭とか変電所みたいな話で出て来る範囲では
行ったり来たりという考え方ではないですね。
ある設備で区切られた区間毎全体で
電圧の上げ下げが生じます。
これも、
上げ下げのペース(周波数)は同じですが、
区間区間でタイミング(位相)は様々です。

お礼

なるほど、位相は同じではないのですね。ある区間というのは、例えば、家庭のコンセントと柱上変圧器間では、電荷の移動がある、ということですね。よくわかりました。ありがとうございました。

回答No.1

satoron666

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1212313032

ここを参考にどうぞ。

お礼

全て目を通しました。かなり、理解できました。ありがとうございました。