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閉回路において電流はなぜ一定に流れるのでしょうか?

A 回答 (4件)

一義的には、自然法則が「閉回路において電流は一定に流れる」 ようにできているからです。


これをあえて説明するのは二義的という事になります。(後付けの説明という事)
二義的説明としては
現実世界では、導線と言えどもある程度の抵抗があります。
従って、回路はどの部分を取り出した場合でも抵抗を持っています。
電源電圧は、(導線部分も含めて)回路の各部分に、抵抗値に見合った大きさで、分割されてかかるので
電流は回路のどの部分でも一定になります。
比喩的に言えば、現実世界の閉回路はどの部分でも、抵抗と電圧のバランスにより、電気的に同じ角度の傾斜が付くので
そこを転がる電子は同じ速度を持つ(電流値がどの部分でも一定になる)と言えます。

一方、回路図においては、導線は抵抗値0として扱われます。
従って、もし導線に電圧(電界)がある場合、電流は無限に流れることになってしまいます。
しかし、そのようなことは起こりませんよね。
でも、電場が無ければ電流(の元になる電子)は流れることができません。(電子には、慣性の法則と言うものが通用しないので、回路のどこかで加速された電子が、惰性で導線部分を移動するという事は出来ません。従って電流の元となる電子が導線部分を動くためには、導線部分に電界があることが必要になります)
となると、上に書かれた事柄は対立し矛盾が生じることになって難しい問題が出てきました。
そこで、回路図においては以下のようなことが本質にあることを理解しておかないといけないことになります。

回路図では、導線は自由に伸び縮みさせることが出来ます。究極的には導線部分を極限まで縮めて1点にしてしまう事や、反対に1点を引き延ばして長い線(導線)にしてしまう事もできます。
従って、下図の2つの回路は等価で、導線を(極限までに縮めて)電池と抵抗(抵抗1と抵抗2)の接する点にしてしまった右図は、左図から余計な物を省いた簡潔な回路図ということになります。
(反対に、右図の抵抗と電池の接点を引き延ばして線にしたものが左図)
でも、導線が一切無い回路図は書くのがむずかしいですよね!
そこで、便宜的に(回路図を書きやすくするために)、抵抗0の導線が描かれる左図が通常使われているのです
だから、回路図において導線は厳密には存在していない(導線の両端は一体である。例えば、回路図左の電源マイナス極と抵抗2青丸部分は(直接)接しているもの)と思うべきなのです。
従って、回路図においては厳密には右図のような導線のない状態で考えなければいけません。右図では、電源電圧は抵抗値に見合った大きさに分割されて抵抗1と2にかかるのでオームの法則により、各抵抗の電流値は等しくなります。
この時、抵抗2と電源の接点の青丸を流れる電流Iが右回路全体を流れる電流となりますが、この青丸を引き延ばして左図とした場合、左図の下部の導線は、元は右図の青丸であったので当然この導線を流れる電流値はIとなるのです。
左図の他の部分の導線に流れる電流に関しても同様です
「閉回路において電流はなぜ一定に流れるので」の回答画像2
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この回答へのお礼

ありがとうございます!

お礼日時:2019/04/24 22:04

回路を等距離の微細な部分に分け、それぞれの電荷を考えて下さい、それらが等しくないと変な力が働きます。

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閉回路の状態で安定している状態の場合ですね。


オームの法則、電圧(起電力または電源出力)=電流×抵抗の関係で釣り合っているからです。
もし、抵抗が異常に低いと、電流が増加します、そんな場合も電源の内部抵抗が大きいと電源電圧が低下します、電圧が低下した状隊で釣り合えば、電流も一定になります。
電源の内部抵抗が小さいと、電流は一定ではなく増え続けます、これがショートです、閉回路が破壊されます。
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閉回路内の電源が作る「電場」に引かれて電荷が移動するからです。


そして、回路内に電荷の移動を阻害する「電気抵抗」があるので、電荷が「無制限に加速される」ことはなく、一定の流れで平衡状態になります。
(抵抗がなければ、電荷は「無制限に加速」され、過大電流が流れる、いわゆる「短絡(ショート)」の状態になります)
その「電場を作る電位差(電圧)」「回路の電気抵抗」「平衡状態としての一定電流」が、マクロ的に見た「オームの法則」です。
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