中学理科の電流を勉強しています。交流が変圧に有利は理由はなんでしょうか？

Question

中学理科の電流を勉強しています。

交流の理解に苦しんでいます。

2点、質問させてください。

交流が変圧に有利は理由はなんでしょうか？


本によると、直流では変化する磁場が現れないで、電磁誘導が起こりません。

と書いてあります。

①
なぜ交流では、変化する磁場が現れるのでしょうか？

交流では、周期的に電流の向き変わるということですが、電流の向きが変わって、強さが変わらなければ、変化する磁場を出現しないと思うですが。

②
また、東日本では50Hzということですが、1秒間50回もプラスとマイナスが入れ替わっているというのが、単純に、すごいと思いました。このプラスとマイナスの入れ替わりとは、ある閉じた系＝回路の中で、１秒間に50回、プラスとマイナスが入れ替わっているということでしょうか？であるなら、その閉じた系＝回路とは具体的にどのぐらいの大きさのエリアでしょうか？

m-jiro · Accepted Answer

>　交流が変圧に有利は理由はなんでしょうか？
直流では変圧は原理的に不可能です。
直流でも「変圧器らしきもの」はありますが電子回路を組み合わせて使っています。テレビやパソコンの内部電源はこの方法で適正な直流電圧を作っています。

>　なぜ交流では、変化する磁場が現れるのでしょうか？
電流の流れる方向が変わると磁場の極性(S極、N極)が逆になります。
鉄の棒にエナメル線を巻いて電磁石を作ったことはないですか？　これを方位磁石に近づけるとその針が動いたでしょ。そして電池の極性を逆にしたら磁石の針も逆に動いたでしょ。

>　1秒間50回もプラスとマイナスが入れ替わっているというのが、単純に、すごいと思いました。
回数だけで驚いてはいけない。ラジオ電波の周波数は 1000000Hz 前後。テレビ電波の周波数はこれのおよそ500倍といったところ。携帯電話の周波数はもっと高い。

>　その閉じた系＝回路とは具体的にどのぐらいの大きさのエリアでしょうか？
東日本全部です。この地域内のモーターも照明器具も何もかもすべての電気器具がこの50Hzに同期して動作しています。同期とは回数だけでなくタイミングまで合わせることを言います。発電所も同期して運転しています。発電所を同期させておくことで電力輸送が可能になります。すなわち50Hz地域の発電所は全部同期しているのでどこからどこへでも送電が可能です(北海道も含む)。
同様に関西の60Hz地域も全部同期して運転しているのでどこへ送電することもできます。
さらに50Hzと60Hzの境目には周波数変換所があるので現在は全国どこへでも送電可能です(送電線が届いていない離島などは別)。

tknakamuri · Answer

純工学的な見方では、降圧に関しては直流でも交流でも容易。昇圧は
同期整流とかを使えばかなりの効率で行えます。

但し、交流の大御所、「トランス」のような超高効率で安価で単純で大出力の変圧器を
作る方法が直流にはないですね。やはり電磁誘導は偉大だということです。

fxq11011 · Answer

交流の電圧を示すグラフ？見たことありますか？、サインカーブと言われる曲線です。
発電機は平行な磁力線を回転する導体が横切り発電します、磁力線を垂直に横切るときは電圧最大、９０°回転すれば、磁力線と平行に動き、横切りません、この瞬間は電圧ゼロ、次の瞬間は横切る方向が逆になるため電圧が逆になる、０～最大までサインカーブを描く状況で、電圧が増加します。
回路に負荷がつながっていないと電流は流れません、負荷がつながっていれば電圧と電流は比例して変化します。
閉じた系、商用電源では、一つのの電力会社にかかるすべての発電機、すべての家庭、工場その他電力の供給を受けて消費する設備です。
さらには、核電力会社間で融通しあう設備も考えると日本全国が一つの閉じた系です。

isoworld · Answer

Re:回答Ｎｏ．６
　ループになっていなければ閉回路は構成できず、流れるはずの電流は元に戻れませんから、流れることができません。

ミスプリ修正：
　次の瞬間は向きが入れ替って赤の青の矢印の向きに電流が流れます　⇒　次の瞬間は向きが入れ替って赤の矢印の向きに電流が流れます。

k_jinen · Answer

交流発電機の構造と原理は、理解されていますでしょうか？
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/kouryuu/kouhatu.html
変化する磁場によって変化する電流を得ているのです。

解説図では二相ですが、実際は三相交流にて途中の送電線を経由して各家庭の配電盤まで来ています。(一本は、大地と繋がるアースとなっています)

最終的に、二相の交流の流れる電線が家庭のコンセントの穴まで来ています。
そこに延長コードとしてプラグを差し込んでやれば、二本の電線の先のテーブルタップの1組の穴の部分まで交流(の電圧)が届く(エリアが広がる)ことになります。

テーブルタップのコンセントに器具を繋いで閉回路を作れば、No.6での回答と同じになります。この時、延長コードの周囲には変化する磁場が現れているでしょう。
クランプメータという非接触の電流計で、電流を測ることができるのも電流の向きと強さが変わるからです。
https://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/mame/184.html

また、(アース側で無い側の)コンセントの片方の穴にプラグ検電器を差し込めば大地との間に微小な交流が流れて、電圧の測定ができます。
http://hidekyan.cocolog-nifty.com/blog/2011/06/post-5e6a.html

端が閉じていなくても、交流としての電圧の変動がコンセントの穴まで来ている訳です。

isoworld · Answer

電流の向きが変わると磁場（磁界とも言う）の向きも変わりますから、磁場は変化するわけですよ。

流れる電流は必ず出た元の処に戻ります。つまり電流はループになって一巡するわけです。ループになっていなければ、電流は流れません。電流を流す電線は２芯が対になって行きと帰りの路ができていると、感覚的に受け止めてください。１芯だけの電線でも必ず別のところに帰り路があります（なければ電流は流れません）。
電流は行きと帰りがあってループを成し、一巡する…そのようになっていることを閉じた系（閉回路）と呼ぶわけです。

図のように、ある瞬間は青の矢印の向きに電流は流れ、次の瞬間は向きが入れ替って赤の青の矢印の向きに電流が流れます。５０Ｈｚの場合は青と赤の組が１秒間に５０回訪れるということです。

電気回路（閉回路）はエリアというサイズには関係ありません。

富士山兄 · Answer

＞①　なぜ交流では、変化する磁場が現れるのでしょうか？
交流回路の電圧の波形は「正弦波波形」になっています。
この正弦波の電圧が負荷(電球や抵抗器・コイル・コンデンサなど)に加わ
りますので、流れる電流波形も正弦波になります。
また、正弦波の電流波形ですので、電流がプラスからマイナスさらに
プラスからマイナスと繰り替えすことになります。
この「正弦波波形」の形状については下のURLをクリックして参考にして
ください。

「正弦波交流電圧の最大値と実効値」
http://eleking.net/k21/k21t/k21t-sinewave.html

＞②　東日本では50Hzということですが、‥‥閉じた系＝回路とは具体的
　にどのぐらいの大きさのエリアでしょうか？
水力発電所や火力発電所・原子力発電所に発電機を設けますが、この発電
機は交流発電機です。これが大元(電源)になります。
この大元から変圧器で高電圧(特別高圧)に変圧し、長いケーブルで工場や
ビルや市街地に設けられた変電所まで送られてきます。
さらにこの変電所から電柱上の変圧器に送られてきます。
電柱上の変圧器によりAC200VおよびAC100Vに降圧して家庭まで送られ
います。

以上の通り、大元から家庭まで50Hzまたは60Hzの交流電圧が系統として
接続されています。
なお、系統が1系統ですと、事故や落雷が発生しますと復旧するまで長く
停電することになりますので、これに備えて複数の系統や回線が複雑に
接続されています。

発電所から家庭までの送電についての概念図については、下のURLを
クリックして参考にしてください。

「電気が発電所からご家庭に届くまで」
http://www.hepco.co.jp/energy/about_energy/power_route.html

puyo3155 · Answer

質問が３つも４つもバラバラに書いてあるので、整理して一つづつ質問しようね！

質問の回答の多くは、それが自然界の原理なんだから、理解するしかない・・・

ってことになりますが、質問者自身がわかっていることがどこまでか書かれておらず、質問が散財してていて、答えるのが難しい。
基礎から説明すると、結局教科書を書くことになっちゃうからね。

通りすがりのおじさま · Answer

「ある場所」に注目したときに、電流の流れる向き、大きさが変化していると言うことです

質問のように、ある系、回路とは
　発電所と電気製品
です
例えば
　発電所と、ドライヤー
　発電所とテレビ
　発電所と照明

通りすがりのおじさま · Answer

電流が変化すると、その変化に合わせて磁界が変化します。フレミングの法則といいます。ここまでいいですね。

電流の向きが変わるとき、すなわち電流の流れる量が変わるのです
電流の向きが、右から左に変わる瞬間に、こんなことが起きていると思って下さい
矢印が電流も向き
数字が電流

→　１、０
→　０．９
→　０．７
→　０．４
→　０．１
　　０
←　０．１
←　０．４
←　０．７

瞬間に電流の向きが変わるとき、電流は変化しますので、磁場が発生します

中学理科の電流を勉強しています。交流が変圧に有利は理由はなんでしょうか？

> 交流が変圧に有利は理由はなんでしょうか？

純工学的な見方では、降圧に関しては直流でも交流でも容易。

交流の電圧を示すグラフ？見たことありますか？、サインカーブと言われる曲線です。

Re:回答Ｎｏ．６

交流発電機の構造と原理は、理解されていますでしょうか？

電流の向きが変わると磁場（磁界とも言う）の向きも変わりますから、磁場は変化するわけですよ。

＞① なぜ交流では、変化する磁場が現れるのでしょうか？

質問が３つも４つもバラバラに書いてあるので、整理して一つづつ質問しようね！

「ある場所」に注目したときに、電流の流れる向き、大きさが変化していると言うことです

電流が変化すると、その変化に合わせて磁界が変化します。

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