電気の本質を理解したいのです

私、一応機械工学を修めたエンジニアです。
電気の電流や電圧は現象を説明する上で便利な「概念」と理解しています。
さて、電気を使って何らかの仕事をさせたとします。このとき消費されたエネルギーの正体はなんなのでしょう。電子が消費されたわけではない、負荷の前後で電流値は変わらない。電圧が消費されるわけでもない。電子が持っている何が消費されるの？
（水力機械にたとえた説明は本質なの？）

No.1 回答者： kimamaoyaji 回答日時： 2015/01/17 09:50

全ては熱エネルギーと運動エネルギーです。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B8%E3%83%A5% …

No.2 回答者： kamobedanjoh 回答日時： 2015/01/17 09:52

エンジニアさんのご質問にしては、いささか不審に感じます。

「電圧」と「電流」は「概念」では無く、明らかな「物理量」です。
電圧値と電流値の積を「電力」として定義し、電力はエネルギー量に等しくなっています。
電力が消費されても、目には見えません。電子が消えて無くなる訳でもありません。
消費されているのは、発電に要したエネルギーです。化石燃料や水力、太陽エネルギーが発電に至るまでの様々な段階を経る中で、姿形を変えながら最後に電力として供給されているのです。
自転車点灯用発電機でも、人の体力エネルギーの消費量を増大させています。

No.3 回答者： aokii 回答日時： 2015/01/17 10:04

実はよくわかっていません。

電子そのものも実はよくわかっていません。

参考：
電子が持っているエネルギーは、原子核と電子の間に働いている静電エネルギーと電子の運動エネルギーの和です。
このエネルギーを考えるときには、静止している自由電子（どの原子にも属していないで自由に移動できる電子）が持っているエネルギーを　Ｅ＝０　として基準にします。

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/01/17 10:08

勿論電子のエネルギーです。

電子も質量を持ち、運動しています。
他の物理とかわりません。

No.5 回答者： High_Score 回答日時： 2015/01/17 10:11

消費されるのはポテンシャルエネルギーです。

重力のポテンシャルである高低差を利用して色々仕事をするのと同じで、電界のポテンシャルである電位差を利用します。

No.6 回答者： lv4u 回答日時： 2015/01/17 11:25

No.3さんの回答にあるように、電気のことはまだよくわかっていない部分があります。

実際に、一般人では手が出ない高価格な測定器を使って、電気の実験をやっている方がいますけど、現在の理論では説明できないような現象が観測されています。
また、エネルギーといっても、本質的なところは、きちんと解明されていないと思います。

ですので、知りたいとなれば、ご自身で実験＆研究されるのが一番だと思います。

No.7 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2015/01/17 11:41

＞（水力機械にたとえた説明は本質なの？）

　水流モデルは電気の理解にはとても良いでしょう。

＞費されたエネルギーの正体はなんなのでしょう。
　電荷の持つ位置エネルギーです。電気エネルギーとも言います。
　もちろん電子とは限りません。イオンでも、プロトンのような荷電粒子でも構わない。

　電池は化学エネルギーで電荷を高い位置エネルギーの状態に押し上げる。発電機は力学エネルギーで電荷を高い位置エネルギーの状態に押し上げる。

No.8 回答者： teppou 回答日時： 2015/01/17 13:58

　＞電気の電流や電圧は現象を説明する上で便利な「概念」と理解しています。

　素晴らしいご理解と思います。
　オームの法則も便利な概念のひとつと思われます。
　ちなみに「物理量」は概念であると思っております。

　電気エネルギーとは何ぞや、ということについて本を一冊紹介します。

　松田卓也著「間違いだらけの物理学」学研科学選書
　http://www.amazon.co.jp/%E9%96%93%E9%81%95%E3%81 …

　この本の中で、電気エネルギーとは電線の外を流れる、電磁場のエネルギーであり、「電場×磁場」（ベクトル積）の「ポインティングベクトル」であると書かれています。

　ポインティングベクトル
　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9D%E3%82%A4% …

　内容は一般人向けのものですので、物理的に詳細に記述されているわけではありませんが、十分濃い内容のものです。著者は「疑似科学」等に丁寧に反論したりしている、信頼できる物理学者です。一読をお薦めします。

　松田卓也
　http://www.edu.kobe-u.ac.jp/fsci-astro/members/m …

　この内容以上のことは、ご自身で勉強するしかないと思います。

No.9 回答者： High_Score 回答日時： 2015/01/17 14:15

あなた、じゃあ水力機械なら理解出来てるの？本質とやらを説明して下さいな。

この手の質問は、大抵質問者がどこに重きを置くかだけの問題です。

水力機械であなたが本質と思える説明をして下さいな。

No.10 回答者： d9win 回答日時： 2015/01/17 14:52

電気の本質は良く判りませんが、電気の基本は

「電界E中で電荷qがq x Eの力を受ける」ことだと考えます。

まず、電界Eの空間積分を電圧Vとします。
すると、ΔVの違いがある場所に電荷qが移動すると、電荷qが元の位置に戻る際にはqΔVだけの仕事をし得るだけの能力を得ます。
このため、電圧Vは電荷に力を及ぼす潜在能力(ポテンシャル)と見なされている訳です。

Δtの間にΔQの電荷が電位差ΔVの間を動いたとすると、単位時間当たり(ΔQ/Δt)ΔVの仕事を行い得ます。I= ΔQ/Δtですので、電流Iが電位差ΔVの領域に流れている状況では、I x ΔVが単位時間当たり開放される仕事量(電力)になります。
ちなみに、その仕事量が、熱とか光とか磁力とか動力とか、どのような仕事に使われるかには無関係です。
通常、電圧を電位差の意味で用いてますので、上記ΔVはそのままVと置き換えることが出来ます。