物理学

「電気抵抗」とは?電気電子工学科の学生ライターが分かりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。みんなは電気抵抗ってキーワードは知っているか?

電気抵抗っていうのは電気とついている通り電気分野で使われる用語だ。電気抵抗は最も基本的な電子部品なんだ。みんなの使っている電子機器でもほとんど抵抗器が使用されている。この記事では電気抵抗の正体をまず解き明かしていく。それから電気抵抗を使った法則、オームの法則についてみていこう。

今回は理系ライターの四月一日そうと一緒にみていこう!

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/四月一日そう

現役の大学生ライター。電気電子工学科に所属しており主に大きな電流や電圧を扱う研究、実験をしている。アルバイトは塾講師をしており中学生、高校生に物理や数学の面白さを伝えている。電気抵抗は電気分野の第一歩ともいえる部分なので得意。

電気抵抗とは?

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まずは電気抵抗とはどういう単語でなにを表しているかみていきましょう!電気抵抗とはズバリ電気の流れにくさを表しています。単位は[Ω]です。

しかし電気の流れにくさとはどういうことでしょうか?具体的な例で解説していきますね!

電気というのはなにか物体を通して流れます。このとき、電気の流れやすさが物質の種類によって変わってくるんです。分かりやすいところでいうと金属や水は電気を通しやすい物質で、プラスチックや布は電気を通しにくい物質として有名ですね!

この場合金属や水は電気抵抗が小さくプラスチックや水は電気抵抗が大きいです。このように電気抵抗は物体によって変わってきます。あとで詳しく説明しますが物質の幅や太さでも変わっていくんですよ!

次はなぜ物質の種類や形によって電気の流れやすさが違うのかについてみていきましょう!

電気抵抗の原因

それでは電気抵抗が物質によって違う理由について迫っていきましょう!そのためにはまず電気抵抗が発生する原因について知っておく必要があります。

電流というのは電子の流れです。つまり電気抵抗は電子が流れにくいことが原因で起こる訳ですね。そしてこの流れやすさの正体が自由電子の存在です。自由電子というのは原子との結びつきが弱い電子のことで物質中を移動することができます。この自由電子の量が減ってしまうことによって電気が流れにくくなっているわけですね。

物質による抵抗の違い

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さきほど説明したとおり電気抵抗の正体は物質中の自由電子の量によるものでした。

電気をよく通すものは自由電子が多く、通しにくいものは自由電子が少ないということですね!

また、電気抵抗は同じ物質でも温度によっても変化して一定ではありません。

温度が高いほど電気抵抗が小さくなります。これは温度が上がることによって物質中の粒子の運動が激しくなり自由電子が増えるためです。

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超伝導という言葉は知っているか?最近はテレビやニュースで取り上げられることも多くなったので聞いたことある人も多いかも知れない。

超伝導というのはざっくり言うと電気抵抗が0の状態を指す。普通どんなに電気抵抗が少ない物体でも抵抗が0になる事はない。しかし特定の条件下で特殊な物体を用いることで抵抗が0になるんだ。

この特殊な条件というのが温度が限りなく低いことだ。限りなく低いというのは-200°とかそいういうレベルだな。自然の環境下でこのような気温になることはほとんどないだろう。

一般的には液体窒素をを使って温度を下げる。液体窒素の沸点は-196°で非常に低い。

この-196°以上で超伝導状態になる物質が多く使われているんだ。液体窒素より沸点が低い物質もあるにはあるんだがコストが掛かるのであまり使われていない。

この超伝導はリニアモーターカーにも使われているものでこれからの時代の主役になる現象かもしれないな。また送電ロスがないのでコスト面が改善されれば近い将来一般的に普及するかも知れないぞ!

形による抵抗の違い

次は形による電気抵抗の大きさによる違いについてみていきましょう!これは実際の道の広さに例えることができます。

例えば高速道路をイメージしてみましょう。2車線あるところから1車線になる部分を考えましょう。今回はこの1車線になる部分が抵抗に相当します。車線が減る訳ですから当然車は通りにくくなりますよね。電気も同じで物質の幅が狭いと電気抵抗の値というのは比例して大きくなります

次に道の長さとの関係です。1車線の道が長ければ長いほど車は通りにくくなりますよね。このことから物体の長さが長いほど電気抵抗の値も大きくなると言うわけです。

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