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化学に関してど素人なので、私の無知をご了承ください。


ふと、電気について疑問を持ちました。
それは「抵抗が大きくなればなるほど、電流は小さくなるはずでは?」という疑問です。

電流を水流に見立てたモデルがありますが、
あれだと、抵抗のある部分の水流の速さが大きいことになり、矛盾しませんか?

電気メーターに関してもそうですが、
「電気が流れにくかったほど料金が大きくなる」はずですよね?
なのになぜか「流れた電流が大きかったほど料金が高くなる」みたいな言い回しをよく聞くので、疑問に思いました。

全然的外れなことを言っていたらごめんなさい。

質問者からの補足コメント

  • 私の疑問をわかりやすく言うと、
    普通、抵抗が大きい程、大きいエネルギーがかかりますよね?ドライヤーやヒーターなどです。
    そのとき、抵抗なのですから、その値が大きいほど流れた電子のスピードは遅くなるはずですよね?
    それはつまり1秒あたりの電子の通過量も小さく、すなわち電流の値も小さくなるということですよね。

    大きいエネルギーをかけるほど電流が小さくなる。
    大きいエネルギーを消費するということは、金銭的価値、つまり使用料金も大きくなるはず。
    でもそれだと、使用料金が大きい時は電流の値が小さいってことになりませんか?

    ...というのが今考えている疑問です。

      補足日時:2018/03/20 16:47
  • 皆さんの回答を見て少し納得した気がします。
    しかしまだ理解して切れていません。

    まず、理解できた点は、「電流の値が大きいほど、電子のぶつかりにより発生するエネルギーは大きい」ことです。したがって電流の値が大きいほど料金がかかるのは理解できました。

    もう一つ理解できたのは、「使用したエネルギーは、電圧に依存すること」です。
    これは、多分、電力会社が電子を押してる引いてるとかに関係するものですよね?
    また、家庭用にかかる電圧は一定であるはずなので、いつ何にコンセントをさしても、単位時間あたりの使用エネルギーは同じではないか?と予想もつきました。

      補足日時:2018/03/21 20:01
  • 最後の疑問点は、「ならば、電流メーターとはどのような仕組みになっているか?」ということです。
    なぜかここが理解できません。
    抵抗が大きければ大きいほど、電流が小さくなるのは事実。
    なぜなら、抵抗が大きければ大きいほど、抵抗に接触した後の最後の方の電流の値はより小さくなり、平均的な電流の値は小さくなるから。

    電気メーターというのは、単純にそこを計算しているものなのですか?
    私の予想では、「消費された電流によって、何秒間電圧を加えたのかを割り出し、そこから電気料金を計算する」というものです。電圧は一定であり単位時間あたりの使用エネルギーも一定であるはずなので、使用時間を求めてから、料金を計算する、という予想です。

    知っている人がいましたらご教授ください。
    的外れなことを言っていたらごめんなさい。

      補足日時:2018/03/21 20:02
  • あっつまりこういうことですか?

    電気メーターとは、消費した電流、つまり⊿I[A]を計算するもの、ということでしょうか?
    それならば、抵抗ゼロのものに電流を流しても差分はゼロなので料金は発生しないということになりますし。

      補足日時:2018/03/22 05:04
gooドクター

A 回答 (20件中1~10件)

四の五の屁理屈言う前に、まずは、回路に関するオームの法則や、電力の定義やら、電力量の定義で、科学的な会話をしてくださいな。



学術的な話が感覚的に理解できないとき、素人ちっくな例示をしては、なおわかりにくくなるだけです。

電圧が一定なら、抵抗が大きくなれば、電流が小さくなる >>あたりまえ。
水に見立てて理解できない >>見立てがまちがい。電流は、水の速さではない。
電気料金は、電力量による。電力量をはかるのは、電力量計。電力に比例して円盤が回るのがメジャーだが、他にもいろいろある。

ってことで、教科書に書いてあるような、いたって普通のこと。
まずは、普通を理解して、疑問をぶつけないと。

回答よまずに、しろうと理論で、追加質問も失礼だと感じます。
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>抵抗のある部分の水流の速さが大きいことになり、矛盾しませんか?



まず、水の速さと水の流量の違いを把握すべきでしょう。
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うーん、これだけたくさんの人が言ってるのに何で分かってくれないんだろう。


抵抗が大きい⇒電流が小さい⇒電力を消費しない
ってだけです。
たとえば100Wの電球と40Wの電球では100Wのほうが明るいというのは、100Wの電球のほうが抵抗が小さいと言うことです。

>電気メーターとは、消費した電流、つまり⊿I[A]を計算するもの、ということでしょうか?
>それならば、抵抗ゼロのものに電流を流しても差分はゼロなので料金は発生しないということになりますし。
ぜんぜんちがいます。
電気回路は入り口と出口では必ず同じ大きさの電流が流れます。
差分は常にゼロです。

電力メーターは電力量を測っているものです。
電力量は電力×通電時間、電力は電圧×電流ですので、電力量=電圧×電流×通電時間です。
電圧はほぼ一定と見なせるので。電流×通電時間が分かればいい。
そこで電力計では電流の強さに応じた速度で円盤を回転させ、その総回転数で電力量を測ります。
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考え方はそれで間違い無いと思います。


基本は仕事量なので、(wh)若しくは(J)なのですが。
結果は電流の量が増える事で電力量も増えるわけですから。
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電気器具が1秒間に消費する電気の量が電力。


電圧が一定の大きさなので、(一般家庭は約100ボルト)電力は、流れる電流の大きさで決まります。
そして、消費された電力の総量が電力量であり、1秒間という瞬間の電気の量が電力であり、電気をある時間使ったときに消費された電気の総量が電力量です。(エネルギー)
余談ですが、電気製品を使い過ぎると電流が流れすぎて危険なので、自動的にブレーカーが落ちて、電流が流れないシステムになっています。

電気製品を多く使うとはどういう事か、抵抗が小さいほど電流は多くなる事はご存知ですね。
ならば、仮に同じ抵抗一本の抵抗値とその抵抗を複数並列に繋いだ場合の抵抗値とでは、
並列に複数繋ぐと抵抗値が小さくなる事は分かりますね。

家庭の中で多数の電気製品を多数使うとは簡単に言うとこの原理です。
つまり家庭の中ではコンセント等は並列繋ぎになっていると言えます。
いっぱい使うとそれだけ抵抗が小さくなり、電流が大量に流れてしまいます。
何を言いたいかと言いますと、簡単に言うと、多くの電気製品を長時間使えば、大量の電流が長時間流れたことになります。そうするとエネルギーの換算として表したのが電力量wh(J)=電圧×電流×時間が大きくなっていきます。
この式の中の電流と時間が大きくなっていく事を表したのが電力計といってもいいと思います。電力計の原理はまた違うのですが、それをここで話す必要はないと思います。
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「抵抗が大きくなればなるほど、電流は小さくなるはず」と言うのには重要な前提条件があり、「その抵抗にかかる電圧が同じ(変わらない)」ことです。


でも、電気に疎い人は電圧ばかりが頭にあり、電流が抜け落ちていることが多いんです。「抵抗の大小にかかわらず、そこに流れる電流を不変にする」ことはできますよ。なお、「抵抗の大小にかかわらず、そこに流れる電流を不変にする」と、抵抗値を高くするほどそこにかかる電圧は高くなっていきます。
エレクトロニクス回路設計をする人は、そういうケースも扱います。
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抵抗Rの値に着目すると、R、電圧E、電流I、電力Pの間には以下の関係があります。



P = E×E/R = I×I×R

上の式から、電圧が一定でRが小さくなれば電力は増加し、抵抗が大きいと電力は小さくなります。
P = I×I×R の式についてですが、Rが小さくなると電力は小さくなるように見えますが、抵抗の減少に比例して電流が2乗の増加をすることから、電力は抵抗の減少に比例して(抵抗の値に逆比例して)増加することになります。
つまり、少し紛らわしいのですがRが小さくなると電力は大きくなります。
したがって、Rが小さいものほど電力が大きくなり、料金に反映されます。
勿論電力だけではなく、何時間使ったかという電力量で電気料金は出てきます。
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消費電力は計算式(P=RI²)でも分かるように抵抗Rに比例しますが、同時に電流I(の二乗)にも比例しています。


そして、同じく公式(V=IR)から分かるように"同じ"電圧Vならば「抵抗が大きくなればなるほど、電流は小さくなる」

しかし家電は全て同じ電圧で動いているわけではありません。
家庭用コンセント(100ボルト)から供給される電圧を家電は家電ごとに必要量のみ使用します。

つまり、抵抗の大きいドライヤーは携帯充電器より大きい電圧を必要とします。
よって、抵抗は大きいですが電圧も大きいため電流も大きくなります。

さらに長い間使っていると電流が長い間流れ続けるので電気代はかさみます。
つまり、『「流れた電流が大きかったほど料金が高くなる」みたいな言い回し』はそれだけ長い間電気を使っていたという比喩のようなもので、電気代は電流のみには依存しません。
抵抗も関わります。

水流モデルですが、あれは私も疑問に思っていたのですが、『流れる』という共通のことから、分かりやすい例えとしてのものだと思います。

つまり、電流の現象の全てをあのモデルに当てはめるのは無理だが基本的な原理は理解しやすいというものです。
私はそう解釈しました。
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この回答へのお礼

なるほど...!
>つまり、抵抗の大きいドライヤーは携帯充電器より大きい電圧を必要とします。
ということは、必要な電流を電圧によって調節しているのですね。勉強になります...!

お礼日時:2018/03/21 20:05

no4 です


質問者さんは、抵抗が大きいものほど、電流を流すために一生懸命エネルギーを(圧)をかけなければいけないというイメージなのでしょうか?でも、例えば家庭に送られてくる電力の場合、かけているいるエネルギー(圧)は一定です。(かけている電圧は一定ですというのが正確な表現ですが・・・)
また、電流がたくさん流れるというのはより高いエネルギーがかけられた証拠ではありませんか?(正確にはよりたくさんのエネルギーが消費されたと表現するべきですが・・・)

普通、抵抗が大きい程、大きいエネルギーがかかりますよね?ドライヤーやヒーターなどです。
そのとき、抵抗なのですから、その値が大きいほど流れた電子のスピードは遅くなるはずですよね?
それはつまり1秒あたりの電子の通過量も小さく、すなわち電流の値も小さくなるということですよね。
>ドライヤーなどは抵抗が小さいと思います。従って電流の値は大きくなりよりたくさんの電力(エネルギー)を消費します。そして、大きいエネルギーを消費する(電流がたくさん流れる)ほどエネルギー代が高くなります。



でも私が思うに、「仮に抵抗がゼロだった場合、抵抗がないので流れは速くなる」ことになりませんか?
その理論でいけば、
「抵抗のある物体より、抵抗ゼロの物体に電流を流した方が、かかったエネルギーは大きい」ことになるのではないか、と疑問に思います...」
>家庭用電源では100V一定ですので抵抗値によらず、かけたエネルギー(かけた圧)は一定になります。

数式にしてしまいますと、
電力=電圧x電流=電圧x電圧÷抵抗 (電力:1秒間に消費されるエネルギー 電圧:単位電荷あたりのエネルギー)
ですから、電圧一定の家庭用電源ならば電流が大きいほど消費電力も大きくなり、料金も高かくなる。
抵抗が小さいほど電力は大きくなり料金も高くなる。はずです。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
抵抗が小さいほどより大きな電流が流れる、ということは抵抗ゼロの方が料金が高くなるのでしょうか。
それとも、電圧は一定(かけるエネルギーは一定)なので、単位時間あたりの料金はどれも一定なのでしょうか?

質問ばかりですみません。

お礼日時:2018/03/21 20:10

http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/denryu5.html
これは図が悪いです。水車の所の斜めの水路で流速が増すと考えたのですね。
モデルとしては、すべてパイプで密閉されているものと考えてください。
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