交流の送電について

Question

ふと、疑問に思ったのですが、交流の送電についてですが、交流は＋と－で、自由電子が行ったり来たりすると思うのですが、そう考えると、送電の場合は押し出された自由電子がまたその分戻ってくると言うことを繰り返す事になり送電にはならないのではないかと思ってしまします。
考え方が間違っていると思うのですが、交流の送電はどの様になっているのか、電子の流れなどを含めて教えて頂けますと助かります。
よろしくお願い致します。

tadys · Accepted Answer

＞電場と磁場のエネルギーが伝播することによって、自由電子が動くと言うことでしょうか？
電場が有る場所に自由電子が有ればその電子は移動します。
磁場の場合は電子の動きに対して直角方向に力が働くので移動していない電子には力が働きません。

＞金属を使わない誘電体の電線のように、電気を伝えるには本来は電子は必要はない
誘電体は原子核と電子で出来ていますから、電子抜きには考えられません。

電場や磁場のエネルギーは真空中を伝わりますが、電流が流れる為には電流を担（にな）うものが必要です。
電流を担（にな）うものを「担体（たんたい）」と言いますが、「担体」は電子に限りません。
例えば、電池の内部では負極側から正極側にイオンが移動して電流が発生します。

正電荷や負電荷を何らかの方法で動かす事が出来れば、電流が発生します。
例えば帯電した金属球を移動すれば電流が発生します。

＞卵が先か、鶏が先か？と言う感じで頭が混乱して来ました。
原因が結果を生み、結果が原因になると言う事が有ります。
例えば、電場が変化すれば磁場が変化します。
磁場が変化すれば電場が変化します。
因果関係と言うよりは、相互の関係と言った方が良い現象もあるのです。

gogonituit · Answer

電子というのは あればいいのではなく、動くことで エネルギーとして働くと考えてみてはどうでしょうか？
物質は電子の塊です
でも電気があるわけではありません
ちなみに1アンペアは1秒間に約6.24×10 18 個の荷電粒 子が導体中を流れる状態と定義することが出来ます(Wikipedia「アンペア」参照)
「流れる状態」というところに注目してください

電線は電子を供給しているわけではありません
発電機も電子を作り出しているわけではなく、電子が動きたくなるような状態を作り出し、電線はそれを動けるように(流れるように)して、連鎖的に繋がった先の電子も動かされ、エネルギーとして働くのです

参考URL：http://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%B3%E3%83%9A%E3%82%A2

Nebusoku3 · Answer

No3  と　No6　です。　調べたことの補足です。

http://www.j-tokkyo.com/2008/H01P/JP2008-028523.shtml　のサイトを確認しましたがここになるのはマイクロ波帯以上　つまり電波として使用するためのもので　一般の交流の送電とはほど遠いものです。
また　交流送電ではなく　高周波伝送　を目的としている様ですので所謂、ＢＳ、ＣＳ，地上デジタルなどの電波を　このケーブルに閉じ込めて「伝送」　する目的ですね。　一般的な　「送電」　とは異なりますので注意を要します。

ご理解いただければありがたいのですが。。。。。

Nebusoku3 · Answer

No3です。

自分は電検３種（電気主任技術者）の免状（簡単に言えば構内５万ボルトの電気を扱える）　を持っていますが電流は基本的に電線を通ります。
もし、遠方から電気を送配電する時に電線の外（周り）を殆どの電気が流れていれば大変なこと（大惨事）になります。

●まず直流について
直流電流は電線の中心を通ろうとする性質があります。感電した場合も外傷は目立たないが骨をやられます。

●次に交流の場合
「表皮効果」　と言い電線の外側をとおっていこうという性質が有ります。　送電線の中心に電気は通しにくいが張力が強靭な鋼鉄類を使い、その周囲に電気を通しやすい銅やアルミを使うのはそれでも効率よく交流電気が送れて強度も有るからです。電気は電線内銅やアルミの部分を流すことを目的としています。（コロナ放電などのロスも有りますが）
これは５０Hzか６０Hz程度なので「表皮効果」　ですみますが、更に周波数が高ければ東京タワーやスカイツリーの電波の様に周囲の広い範囲へ飛んでいきます。

５０Hｚや６０Hzの交流電圧を　「商用電源」とも言います。　皆さんの家庭に引き込まれているのがそうですね。　もし、電流が電線の外を通るのが主目的にしているのであれば家庭内は電気のノイズだらけになります。

質問者様に提案です。　もう一度、No３の回答に目を通して頂けませんでしょうか。
不明な点がありましたらお答えします。

katokundes · Answer

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B5%81
例えば交流の送電線では、電子は電線内のごく短い距離を行ったり来たりするだけだが、電磁波のエネルギーは送電元から送電先まで非常に高速に伝播する。

自由空間における光速に対する電磁波の速度の比率を速度係数 (velocity factor) と呼び、導体の電磁的特性、周囲を囲んでいる絶縁素材の電磁的特性、形状や大きさに左右される。

これらの関係は気体と音波にたとえるとわかりやすい。電荷担体のゆっくりした流れは、大気の動き、すなわち風に相当する。電磁波は気体を媒体として伝播する音波に相当する。荷電粒子の無作為な動きは気体分子が熱によって無作為に運動することに相当する。

Nebusoku3 · Answer

＞交流は＋と－で、自由電子が行ったり来たりすると思うのですが、そう考えると、送電の場合は押し出された自由電子がまたその分戻ってくると言うことを繰り返す事になり送電にはならないのではないかと。。。

これは誰でも思う素朴な疑問ですね。
電子の移動速度は導線中であれば１秒間に0.01ミリ程度しか移動しません。
ではなぜ遠く離れた場所へ電気（交流電気）送れるかといいますと、　「押し出された自由電子がまたその分戻ってくる」　という考えは正しいです。
しかし、ここで電気を通す導体（電線）には　自由電子で満ちています。　電気を流すという事は実は　「電気を伝える」　という事です。
ボールがいっぱい詰まった筒を想定してみましょう。　手に持ったボールをその筒に押し込んでやれば反対側から１個出ますね。　筒の長さがかなり長くてもそれは同じです。（摩擦は無視して）
それが遠方でも電気が受け取れる秘密なんですね。
電流の大きさは　筒の大きさが大きくて入っているボール（自由電子）　の大きさも大きくなりますので大きなボールを突っ込んでやれば大きなボールが反対側から出てきます。
これは説明用なので全く同じではありませんが状況はかなり似ています。

交流の場合はこのボールが　１秒間に0.01ミリ程度　の速度で　行ったり来たりしているのですね。（電源側から押したり引いたりしている訳です。）

電気の速度と光の速度は地球の７周り半（秒速29万9792.458Km）とされている様ですが電気の場合は　「電気の伝わる速度」　と覚えておく必要があります。

tadys · Answer

電気は電線を伝わるのでは有りません。
電気のエネルギーは電線の周りの空間を電場と磁場のエネルギーとして伝わるのです。
http://djweb.jp/power/physics/physics_01.html

電線の役割は電場と磁場のエネルギーを電線の近くに閉じ込める為に有ります。
上手く閉じ込められないと、そのエネルギーは電波になって飛んで行ってしまいます。
アンテナは、積極的に電磁波を飛ばせるように作られています。

誘電体も電場と磁場のエネルギーを電線の近くに閉じ込める事が出来るので、金属を使わずに誘電体だけで電線（？）を作る事も可能です。
こちらは、そのような電線の特許申請の資料です。
http://www.j-tokkyo.com/2008/H01P/JP2008-028523.shtml

ORUKA1951 · Answer

電線中の電子が商業電源の場合、前後に 0.001～0.02mm程度を50～60Hzで振動する計算になります。(1A 断面積0.5mm～10mm)
　水面で波力発電をすることを考えると水面の水分子は単に上下しているだけです。

交流の送電について

＞電場と磁場のエネルギーが伝播することによって、自由電子が動くと言うことでしょうか？

この回答への補足

電子というのは あればいいのではなく、動くことで エネルギーとして働くと考えてみてはどうでしょうか？

No3 と No6 です。

No3です。

＞交流は＋と－で、自由電子が行ったり来たりすると思うのですが、そう考えると、送電の場合は押し出された自由電子がまたその分戻ってくると言うことを繰り返す事になり送電にはならないのではないかと。

電気は電線を伝わるのでは有りません。

この回答への補足

電線中の電子が商業電源の場合、前後に 0.001～0.02mm程度を50～60Hzで振動する計算になります。

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