物理学

静電気の電流、電圧はどう考える?理系ライターがわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。冬の大敵「静電気」。いつのまにか手に「電気」がたまっていて、ドアノブなど金属に触れると「パチッ」、静電気が放電される。暗いところだと火花が見える場合もある。静電気が走ると確かに痛いが、コンセントなど電源に触って感電した時のショックに比べるとマシだ。

両者にはどんな違いがあるのか?静電気の電流や電圧はどう考えたらよいのか?理系ライターのR175と解説していく。

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。

R175

ライター/R175

関西のとある国立大の理系出身。学生時代は物理が得意で理科の高校理科の教員免許も持っている。エンジニアの経験があり、教科書の内容に終わらず実際の現象と関連付けて説明するの得意。

1.静電気とは

image by iStockphoto


静電気とは、静止したままの電荷による電気。普通の電気のように電流が流れているわけではない。電気はあるけど流れていないという不思議な状態。

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静電気にて、電流が流れていないのは「流れる気がない」のではなく「流れたいけど流れられない」、むしろ「流れたくて悶々としている」というイメージを持っておこう。さて、電気が流れているとか流れていないという言葉が出てきたけれど、そもそもどうなったら電気が流れどうだったら流れないのか具体的どういう現象なのか見ていこう。

2.電気が流れる状態とは?

2.電気が流れる状態とは?

image by Study-Z編集部

電気の流れ=電荷の流れと言い換えられるでしょう。もっと言うと電子の流れです。全ての物体は原子が集まってで構成されているもの。原子を構成するのは+の電荷を持つ原子核と-の電荷を持つ電子。+電荷同士あるいは-電荷同士は退け合い(斥力が働く)、+電荷と-電荷は引っ張り合う(引力が働く)性質があります。この引力と斥力がうまくつりあって安定するように原子核や電子が配置されているもの。

電子が移動するとは

電子が移動するとは

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まず前提条件として+電荷である原子核は大きく重たい、-電荷である電子は小さく軽いです。したがって電荷の移動が必要になった場合に動くのは電子。

電気が流れるとき必ず電圧がかかっています。電圧がかかる=+か-に帯びた電荷を近付けるものとイメージしましょう。電荷が近付いてくると引力斥力のバランスが崩れますね。バランスを保つため、導電体の場合は物質内の「電子が移動」します。これが電気の流れている状態。ただし、電子が移動できるのは導電体の場合のみ

3.導電体での電気の流れ

3.導電体での電気の流れ

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金属などに代表される「導電体」は、電子が移動しやすい構造です。金属原子の最外殻には電子が存在できるポジションがそこら中にあるので、1か所に留まらず自由に移動できます。いわゆる自由電子。前述のように電圧をかけた時、引力斥力のバランスを保つために電子がスムーズに移動していきます。

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