電子が1個走っただけの電流の強さは何Ａですか。

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質問者：toshiboes
質問日時：2006/11/10 16:27
回答数：6件

タイトルの通りです。
世界で一番弱い電流の強さは、
電子1個ですよね。

それは、何と表すのですか？

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回答 (6件)

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No.6

回答者： mtld
回答日時：2006/11/11 22:32

電子が1個走っただけの電流の強さは何Ａですか？　実はこれだけでは電流の定義出来ないのです

電流の定義　を勘違いされているようです

電流の定義は単位時間当たりの移動する電荷量（電子数）です　
よって電子が1個走った（位置を変えた）だけでは電流とは言いません

ある地点Aから別地点Bへ次から次へと電子が移動している（地点Aに次々と補充しなければいけません）　
その時AB間に電流が流れていると言うのです
真空管＆TVのブラウン管内の真空中でも起こっております　カソード電極からプレート電極（又はブラウン管面）に向かって移動し続けております（電流の向きは電子の流れ方向と逆はご存知ですね？）

時間当たりに移動する数が多い時　電流が強いと言います　あくまでも時間当たりの電子数です
電流の単位は　A（アンペア）で　ご存知ですね？
一秒間に一個の電子移動数でしたら大変低い電流でしょうね？　計算した事ありません

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No.5

回答者： maekawadesu
回答日時：2006/11/11 14:10

多くの回答者さんがおっしゃる「電子の速度」というものは、「多くの電子の平均の速度」をさします。

微弱な電流とはいえ、数億位上の電子の流れになり、その中には速度の大きいものもあれば、速度の小さいものも含まれます。
つまり、電流はあくまで、単位時間に通過する（実際には逆行する電子もある）電子の総電荷の平均の値を表します。

1個の電子の電流Ｉはどうなるかというと、有限時間区分内Ｔの電子の個数ｎと、電気素量ｅを用いて、
Ｉ＝ｎe/Ｔ
と計算できます。が、ここで大きな問題が生じます。電子の個数ｎは１個ですので、Ｔを大きくとればとるほどＩは小さな値になってしまいます。
これでは電流量を決定することが出来ませんので、この場合は、電子の数をカウントする（この場合は１個）操作となり、電流とは呼べないと考えます。

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この回答へのお礼

はい。あんさー。

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お礼日時：2006/11/11 15:28

No.4

回答者： mmky
回答日時：2006/11/10 23:20

すでに説明もでていますが、電子1個はｑ=1.6*10^-19[クーロン]の電荷を持つ素子です。

ここで[クーロン]は[アンペア・秒」の物理単位と同じです。
だから電子１個が真空中をA点からB点までの長さLをT[秒]で飛べば、電子1個による電流Iは、I=q/T [アンペア]の電流が流れたといえるわけですね。つまり電流の大きさは計測到達時間Tによってかわるのですね。
計測時間Tを例えば1秒に固定すれば電流の大きさは電子の個数に比例して増えますが、逆に個数を１個に限定すれば到達時間を限りなく短くすれば限りなく大きな値になります。長さLを小さくし速度を速めればいいわけです。ただし速度が光速度以下に抑えられるので上限はありますね。逆に到達時間Tが大きければ限りなく０に近くなるということですね。つまり電流の大きさというのはある条件下での約束事でしかないのです。だから1個の電荷が小さいからといって侮ってはいけないということですね。
尚、電子の到達時間Tは速度によってきまりますね。速度は印加電界（印加電圧V/長さL）できまりますから、例え印加電圧Vが小さくても距離Lが非常に小さいと印加電界が大きくなり速度も早くなるのですね。

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この回答へのお礼

ありがとうございます。

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お礼日時：2006/11/11 00:41

No.3

回答者： noname#24129
回答日時：2006/11/10 21:49

断面積１[mm^2]=10^-6[m^2]の銅線に１Ａの電流を流したとすると、電子の平均の速さは、

　7.4*10^5[m/s]=0.074[mm/s]　・・・(1)

です。砂川重信『電磁気学の考え方』p.52に書いてありました。１0秒で1mm弱という亀よりものろいスピードです。こんなにのろいのに、豆電球を光らせるとか、モーターを回すという仕事が出来るのは、電子が実際にはたくさん流れているからです。どれほどたくさんかというと、１クーロンの電気量が１秒間に銅線の断面を横切った場合を１アンペアというのですから、１クーロンの電気量を電子の電気量で割って、電子何個分か見ればいいことになります。

　1/(1.6*10^-19)=(100/16)*10^18=(25/4)*10^18=6.25*10^18・・・(2)

つまり、6.25の10億倍の10億倍の個数の電子の働きによります。もし、1個の電子でこの働きをしようとすると、6.25の10億倍の10億倍の速さにする必要があります。ところが光でさえ、3.0*10^8[m/s]ですから、これは不可能なことです。

さて、電子が1個だけ導線の中を走るということはありえないことだと思います。が、仮に1個の電子が(1)の速さで走っているとすると、電流の強さは、

　1/(6.25*10^18)

となります。また(2)でやったように逆数を計算するので、元に戻って、

　1.6*10^-19[Ａ]

という結果になります。こんな計算はしなくてよかったですね。１秒間に１クーロンの電気量が導線の断面を横切ったときが１アンペアですから、１秒間に1.6*10^-19[c]電気量が導線の断面を横切ったときは当然、1.6*10^-19[Ａ]になります。回り道してしまいました。すみませんね。

しかし、世界最弱の電流というのは、この電子の速さをもっとの遅くすることで考えられますから、きりがないといえるでしょう。「限りなく０[Ａ]に近い電流」です。