DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

10万ボルトのボルトとは何者なのか? そして電気とは...

前に電荷についての話をしましたが今回は電気についての話をしたいです。

電荷の時は主に力について話したが今回は電気とは何か?

主に電圧について書いていきたいと思います。

 

1. 電気とは何なのか?

電気というと痺れたり明るいものをイメージするが実際の電気という物は電子の流れのことであり、電気の流れは電位(電圧)の差によって生じるものであります。

物が落ちるのは高さがあるからであり、高さという物は重力があるから生じるものであります。重力に逆らった位置にいればいるほど高いと言え、これは電気においても同じことが言えます。

電磁気学における重力に相当するものは電場と呼ばれ、電場があるからこそ高さがあるとも言えます。

そして、質量に当たるものは電荷と言うが正しかない質量と異なり電荷には正負両方があり、正電荷の場合だと電場の方向に落ちていくが負電荷の場合だと電場の方向とは逆方向に落ちていく、即ち上に落ちていきます。

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電荷の場合は図のように負の場合だと上に落ちるという奇妙な現象が起こりますがもし負の質量があると電場と同じように上に落ちていきます。

そして、電圧について説明すると電圧は高さと電場の積による物理量であり、重力に換算すると重力加速度と高さの積に対応しており、実は電圧と言う物は速度と密接な関係がありますがこれに関しては後々書きます。

 

まあ、ここまでは電圧についての話でしたが今度は電流について書きます。

電流と言う物は読んで字のごとく電気の流れであり、電荷を持つ物質の流れと言えます。

先ほども書いたように電荷を持つものは正負によって流れる方向は異なり、正電荷を持つものは電圧が大きいほうから小さいほうに流れ、負電荷を持つものは電圧が小さいほうから大きいほうに流れます。

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このように電荷の移動のことを電流と呼び、電子が多く流れれば流れるほど電流は強くなります 

 

 

 

2. 電気とエネルギー

先ほど電流と書きましたが電流は電荷の移動による単位のことであり、単位時間(1秒)あたりにどのぐらいの電荷が移動したかを表す指標です。

電荷の単位はクーロン(C)なので電流の単位のアンペア(A)クーロンに時間(秒)の逆数をかけたもの(C/s)になります。

要するに1秒間に1クーロンの電荷が流れたら1アンペア、0.5秒間に1クーロンの電荷が流れたら1秒間に2クーロンの電荷流れることになるので2アンペアになります。

電荷流れる速度が速い、または電荷が多く流れれば電流値は大きくなります。

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ちなみに1クーロンと言う単位は非常に大きく、落雷1回分が1クーロンに匹敵すると言われています。

 

そして、電荷に電圧をかけたらエネルギーになり、1ジュールのエネルギーは1クーロン×1ボルトであります。

また、先ほど落雷の電荷は1クーロンと書きましたが落雷の電圧はすさまじく、1億ボルトにもおよぶために雷が直撃したら1億ジュールのエネルギーを食らうことになり、確実に命を落とすと言えます。

これを重力によるエネルギーに例えると1トンの物体を10キロ上空から直撃させるのに匹敵するエネルギーとなり、当然そんなことをされたら即死です。

例えるなら軽い物体を(まあ、1トンは重すぎるが)超上空から落とすようなものです。

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これがエネルギーであり、電気の場合だと電圧が大きければ大きいほど、電荷が大きければ大きいほど強力なものになります。

 

 

そして、電圧と電流の関係には抵抗という物がついてきて、抵抗とは文字通り、電荷の流れにくさを表した物理量であり、単位はΩ(オーム,ギリシャ文字のオメガの大文字)であります。

抵抗とは電圧と電流の比であり、電圧/電流で表されます。

要するに電圧(高さ)が大きくても電流(単位時間当たり流れる電荷)が小さければ抵抗は大きいと言えます。

 

しかし、ここで抵抗を考えるとかなり面倒なことになるので抵抗を抜かしたエネルギーについての対応表を載せたいと思います。

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この表を見ると電圧は重力でいう速度の2乗に対応しており、電圧と言う物は重力に換算すると速度の2乗であると考えられます。

やはり、電圧だけだとエネルギーには対応できないが...

そして電荷が小さければ10万ボルトも怖くありません。

非常に軽いものを高速でぶつけられても怖くないし...

 

ちなみにアンペアは重力に例えると単位時間あたりにどれぐらいの質量のものが降ってきたかを表すのでアンペアが大きくなると当然破壊力は増します。

 

まあ、電圧と言う物はあくまで重力に換算すると速度に当たるようなものであり、10万ボルトは重力に置き換えたときに秒速の2乗に対応するもののように思っておけばよいと思います。


けれども、あくまで単位が速度の2乗に 対応しているだけであり、速度の2乗はジュールをキログラムで割ったものに対して電圧はジュールをクーロンで割ったものであるから物理量がそもそも違います。

やはり、電圧は電荷を持つものに対しての高さだと考えた方がよいと思います。