電圧と電流について

質問

電気回路について、抵抗を経て電圧降下が行われた後であっても、その前後で電流が変わらないのが、どうもイメージが付きません。

５Vが５Ωを経て０Vとなっても、変わらず１Aが流れるのはなぜでしょう。自分の理解がどの点から間違えているのかご指摘ください。

・電圧は電位の差
・電圧によって電流が流れる
・電流は１秒間に流れる電荷の数のこと
・電圧が大きければ秒間に流れる電荷は増えるので電流も大きくなる
・電圧は抵抗によって電圧降下し、マイナス極につながる導線は０V

この理解で進むと、抵抗で電圧降下すると電流も下がってしまうように思います。

０Vになってもマイナス極のマイナスに対して高電位から低電位に流れる形で電流が動くのは変わらないと考えれば良いのでしょうか

回答No.5

chie65536（@chie65535） · ベストアンサー

＞５Vが５Ωを経て０Vとなっても、変わらず１Aが流れるのはなぜでしょう。

０Ｖは「基準点（グランド）と圧が変わらない」であって「圧がゼロ」なのではありません。

電源との「電位差」が０じゃない限り、０Ｖであっても電気が流れます。

例えば、電源が「５Ｖとー５Ｖ」だったら、０Ｖとー５Ｖには、５Ｖ分の電位差があり、電位差が０じゃないので、電流が流れます。

「電圧が０Ｖ」と「電位差が０Ｖ」は「ぜんぜん違う」のです。

質問者さんが混乱しているのは「電圧のＶ」と「電位差のＶ」を混同しているからだと思います。

＞電圧は電位の差

違います。電圧は、基準点（グランド）を０Vとした時の電圧値、です。

電位差は「２つの地点の電圧値の差」です。

＞・電圧によって電流が流れる

違います。２点間の電位差によって電流が流れます。

＞・電圧が大きければ秒間に流れる電荷は増えるので電流も大きくなる

違います。電源の電力は一定なので「電力W＝電圧V×電流Ａ」の式から、電圧が上がると電流は減ります。電力Ｗは不変ですから。

＞・電圧は抵抗によって電圧降下し、マイナス極につながる導線は０V

違います。「基準点（グランド）に繋がる導線は０Ｖ」です。電源のマイナス極が０Ｖである保証はありません。ー５Ｖだったりー１２Ｖだったりするかも知れません。

お礼

ありがとうございます。
結果的に前提を全て間違えていたので、理解が追いつくのに時間がかかりそうです。
０Vの表記が意味する状況に対するイメージがついていなかったので、その点をご指摘頂いて大変助かります。
チューブに満たされた水の循環をイメージすると往復で水の量も速度も圧も変わらないと感じます。０Vをこの例でいう水圧ゼロになる状況を想像して混乱していました。
まだズレているかもしれませんが、＋極から５Vの圧で出発し、抵抗を経て０Vになり、−５Vの力で−極に引っ張られると解釈すると自分の中ではしっくり来ます。

回答No.6

sirasak

電圧は一定の設定の場合には抵抗値で電流値が変わります。
ダムの水が流れる様子で電流の様子を見ると理解しやすと思います。
電圧が0Vになると電流が流れないのでゼロになります。

お礼

ありがとうございます。
自分はどうも０Vという表記が意味する状況に引っかかっているようです。
使い切った電池を電源としてつないだ際の０V＝「電流が流れない」と抵抗で電圧降下後の０V＝「電流が流れている」は当然意味が違うと思います。
ジェットコースターに例えるなら後者は慣性がついた０Vであり、高低差のある水道管に例えるなら後者は平地から谷へ押し出される途中の０Vである、と解釈して少し落ち着きました。

回答No.4

notnot

目に見えずイメージできないので理解できてないのだと思います。
川の水でイメージしてみましょう。
電圧相当は、高度（海抜何メートルとか）で、電流は単位時間あたりの流れる量ですね。
高度が低くなっても、流れる水の量は変わらないことは納得できませんか？

お礼

ありがとうございます。

自分の勝手なイメージですが、流れる水の上にピンポン玉を大量に浮かべており、それが水とともに勢いよく＋極から流れ出て、水車を回す抵抗を受けてから帰路に入る場合に、出発時は秒間１０個ピンポン玉が通過したものが、流れが緩やかになった帰路では秒間３個しか流れないように感じていました。ただこの想像でも、流れが早いときはピンポン玉の間隔が空き、遅くなれば間隔が狭まり秒間の個数は変わらないかもしれません・・・
どうも電流や電圧を他に例えた際のイメージを間違えているみたいです

回答No.3

noname#247529

ジェットコースターで例えると分かりやすいですよ。
電池などのエネルギーは、高さで考えます。電池によって、電気が動き出すのですが、それはジェットコースターで言えば、始めにカタカタとひっぱりあげられて高くなる部分です。それによって位置エネルギーが溜まり、下りの坂道でそれが解放されます。あとは惰性で動き続けています。電圧は高低差。抵抗は、曲がったりくるくる回ったりするときの空気抵抗や摩擦ですね。電流はジェットコースターに乗っている重量です。
つまり、電流は最初から最後まで同じなのです。

お礼

ありがとうございます。
どうも自分は電流を他のものに例える際に「速度」をイメージしてしまうので、往復で異なってしまうと感じてしまったようです。
　また間違ったイメージに変換しているかもしれませんが、高低差を得て出発したジェットコースターが抵抗を経て、高低差ゼロ＝０ｖの地面と並行なレールに到達、回路上導線は抵抗０とするので、全く摩擦のないレールを慣性でツルツルと終点へ。ジェットコースターの重量は往復で変わらず。

　自分の中ではイメージとしてしっくりきましたが、またずれていたら申し訳ないです・・・

回答No.2

chachaboxx

回路　という概念の理解が必要です

例えば、
駐車場が満車でゲートが閉まっている状態

入口が開くときは、出庫により入れるスペースができたことが原因です。

同様に、回路にスイッチを挿入した場合、それが電源のプラス側でもマイナス側でも同じように回路=電流を開閉できます。

電圧は　開閉　とはいいません。
高低や変化という状態の働きが求められることで、電源オフは電圧をゼロにすることではなく、電流をゼロにすること　というニュアンスです。

プラス電圧をかけた抵抗のマイナス端子の電圧は電源のマイナス側の電位と同位なのでゼロになるのが理想な回路です。
ゼロになってない場合、配線抵抗によるロスが発生していることになります。

配線が細くて電圧が低いとこのロスが無視できなくなって、例えば車のヘッドライト(電圧が低く電流が大きい)などでは、ケーブルを太くしたり、リレーなどで電流回路を短縮するとライトが明るくなる　といった現象です。

100Vの家庭照明では電流が少ないので、配線を太くしても変化は殆どありません。

テスターで電圧を測ることは多いですが、電流を測ることは少ないと思います。

電圧(電位差)があることで電流を流すことができて、電流が流れることで電位差(電圧)が発生する　ということが理屈です。

水道の仕組みに例えると判りやすいかもしれません。
※下水道は参考になりません。
　こっちは、静電気的なのかも。

お礼

ありがとうございます。
1本に繋がった回路という形に自分はピンと来ていなかったようです。また電圧・電流・抵抗の相互関係も単に数式を計算するだけで理屈として理解できていない気がします・・・

回答No.1

tetsumyi

電流（単位時間当たりの電荷の量）は水と同じで１本の線（管）で繋がってるのですから、どこかで漏れない限り変わりようがありません。
導線はわずかに抵抗はあるのですがものすごく小さいので通常は無視します。
それで電圧は直接抵抗だけで電圧降下すると考えます。

お礼

ありがとうございます。
密閉された管をイメージすると確かに電流が変わらないのは
わかりやすいです。
ただ、その場合行きも帰りも圧が同じように感じますので、０Vという表現に引っかかりが残ります。
自分の電圧に対する理解にズレがありそうです。