乾電池、電気器具の電流と電圧の役割分担について

今晩は。

乾電池と電気器具の電流と電圧について質問致します。

①乾電池には、電圧１．５Vとの表示がありますが、電流は何故●●Aと書いていない
　のでしょうか。
②１．５Vの乾電池なら、どの程度（何パーセント程度）まで電圧が低下すると使えな
　くなるのでしょうか。

③家庭で電気器具をIHに変更しようとしたら、「電流が足りない」と言われましたが、
　そもそも電圧と電流は電気器具にとって、どのように役割分担をしているのでしょうか。

・参考書などには、電圧と電流の関係は、水道に例えて説明されていますが、よく理解でき
　ません。
　水道水は、水圧の高低と蛇口の径の大小により、水流の速さは変わるのでしょうか。
　電気の場合は、電圧の高低と、電流の速さは変わるのでしょうか。
　電気の流れる量とはどのようにイメージすればよいのでしょうか。

　　IHについて、電流が足りないとは、電気的にはどのような意味なのでしょうか。

以上宜しくお願い致します。

No.1 回答者： タマタマポチ 回答日時： 2020/04/05 23:08

まず、消費電力（W）というものがあります。

電気器具には必ずこのW数の表示があります。
で、家庭に入っている電線は普通100Vです（IH用は200Vあり）
　　
そしてW/V＝A･･･消費電力を電圧で割ったものが電流になります。
普通は「電圧（V）掛ける電流（A）＝消費電力（W）」と表示します
　　
例えば電気ストーブが500Wの消費電力であれば、電圧は100Vですから電流は5Aとなります。
いくら電流を流そうとしても、器具の消費電力以上に電流は流れません。
つまり電圧は一定ですから、消費電力から電流は計算で求められます。
　　
> IHについて、電流が足りないとは、電気的にはどのような意味なのでしょうか
「電圧」ではないですか？
IHの場合、100V用と200V用があります。
200V用の器具を100Vのコンセントにつないでも「電圧」が足らないです。

No.2 回答者： amerikaumare 回答日時： 2020/04/05 23:10

＞①乾電池には、電圧１．５Vとの表示がありますが、電流は何故●●Aと書いていないのでしょうか。

電流はつなぐものによって変わるからです。　電流を食わない機器なら何ミリアンペアですが電流を食う機器なら何百ミリアンペア～なんアンペアにもなります。
充電式電池では　電流容量が　1900ｍAh　とか書いてありますね。

＞②１．５Vの乾電池なら、どの程度（何パーセント程度）まで電圧が低下すると使えなくなるのでしょうか。
それも機器によって変わります。　モータを回すような機器ではすぐにダメになりますが、電気時計のようなのは電圧が相当落ちても動きます。（というか流れる電流が多いと内部抵抗で電圧が落ちますが、電流の少ない機器では電圧降下が少ないので見かけ上、電圧が高めを保ちます）

＞③家庭で電気器具をIHに変更しようとしたら、「電流が足りない」と言われました
難しい話は抜きにして　あなたの家の契約電流を上げればいいことです。　電気屋さんか電力会社に相談して契約アンペアを高めましょう。
　（なお、電池は直流ですが、家庭に来ている商用電源は交流ですので、電圧、電流の関係がちょっとちがってきます。（実効値とか力率とかが絡む）　そういうことまで全部説明していたら　本一冊分になっちゃいます）

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2020/04/06 03:13

①繋ぐ負荷により全然違うからです。

②概ね0.8~1.0.Vですが、電池の種類で異なります。
③電子レンジと湯沸かしポットと掃除機と炬燵を付けると
ブレーカーが落ちたりしますよね。
IHは電力を食いますから沢山の電流を流さないと動きません。
契約の電流値を越えて使うと、暫く動いてからブレーカーが落ちます。

因みに、電力=電圧×電流
100Wの電球を付けるには AC100Vだと1Aの電流が必要。
IHは大きな電力が必要ですが、高い電圧の方が大電力化が容易なので
200Vを通常使います。

No.4 回答者： ナッキーナッキー 回答日時： 2020/04/06 06:24

①オームの法則はご存じですよね？

Ｖ＝ＲＩ　Ｖ：電圧　Ｒ：抵抗値　Ｉ：電流
この関係が成り立つように電流が流れるので、
電池を入れた電気製品の抵抗値によって、電流が変わるからです。
ですから、電流の値は書かれません。
しかし、電池に流せる最大電流は決まっているので、
お使いの電池について調べれば最大電流は分かると思います。

②これは、各電気製品によって違うと思いますが、
電池の性質はメーカーから出ているはずですから、
電気メーカーは、それを見て設計しているはずです。
そんなわけで、リチウム電池に対応していない製品に
リチウム電池を使うと、すぐに電池切れが起こったりします（経験あり ＾＾；）

③「電流が足りない」とは、必要な電流を流せるような配線がなされていないって事です。
電線の太さなどは、流す電流の最大の大きさを想定して選ばれています。
ですから、それを越える電流を流すと、電線が焼けて火事になったりします。
それを防いでいるのが、「ブレーカー」というものです。
ブレーカーが落ちるときは、電線に流せる電流を越えて電流が流れたときです。
ブレーカーが落ちる電流の値は、電力会社との契約とも関係しているのですが、
契約を変更するだけでＯＫという場合と、
電線を電流に耐えられるように変更しないと使えない場合があります。
ブレーカーの交換だけなら、電力会社が無料でやってくれます。
しかし、電線を換えるとなると、結構な出費を覚悟した方がいいと思います。

水道水の場合は、例えば蛇口に付けたホースの口をギュッと押さえて小さくすれば、
出てくる水の速さは変わります。
しかし、電流では同じ事は起こりません。電圧を上げても電流の”速さ”は変わりません。
つまり、電線が細いから電流の“速さ”が速くなったりはしません。
また、電圧を上げても電流の”速さ”は変わりません。
しかし、電流を大きくする事は、大きなエネルギーを運ぶ事を意味していますので、
大きすぎる電流は、電線を焼いてしまいます。
電流を水流でたとえる事は、よくされる事ですが、
電気の全ての事柄を水流と同じように考える事は無理があります。

ＩＨで、電流が足りないと言われたなら、
ブレーカーを交換すればいいのか、電線を交換しなければならないのか、これをまず調べる必要があります。
電気屋さんで、ＩＨを使うための、必要な電力会社との契約アンペア数を聞いてみて下さい。
それを確認した上で、電力会社に契約アンペア数を変更できないか聞いてみます。
電力会社は、質問者さんの契約アンペア数を知っており、
ブレーカーの交換だけで済むか、電線の交換が必要かが分かっていますので、
どうすればいいのかを教えてくれるはずです。

No.5 回答者： isoworld 回答日時： 2020/04/06 09:10

供給する電圧が決まっていれば（たとえば乾電池は１．５Ｖのように）幾らの電流が流れるかは負荷の程度によって左右されます。

電流は結果として決まるので、●●Aとは書けません。

１．５Vの乾電池の電圧がどこまで低下すると使えなくなるのかは、これも接続した負荷の特性によります。

家庭内に来ている商用電源（ＡＣ１００Ｖ）は、１配電系統あたりで最大２０Ａまで使えることが多いんです。なので、そこにいろいろな家電製品の電源コンセントを差し込んでいて、その消費電流（合計）が２０Ａを超えるようだと容量（許容電流の２０Ａ）オーバーだとして「電流が足りない」と言われます。

No.6 回答者： GOMΛFU 回答日時： 2020/04/07 20:35

一般的に電流は光の速度で、電子はカタツムリの速度で動いていると言われています。

No.7 回答者： d9win 回答日時： 2020/04/12 11:30

(1) 電池の電圧は、正極と負極材料中にある電子のエネルギー差になります。

昔からの二酸化マンガン電池は、正極に二酸化マンガン、負極に亜鉛を使ってます。この二つの材料のエネルギー差が1.5Vなのです。コイン型のリチウム電池は正極に二酸化マンガン、負極にリチウムを使ってます。これが3Vなのは、リチウムの電子のエネルギーが亜鉛よりも1.5Vほど(電子にとって)高いためです。電子は、より低いエネルギーに移ろうとしますので、電極の間に電流経路が存在すると、正極に向かって流れます。
負極の電子の減少は、亜鉛が電池内に溶け出して+イオンになる際に生じる電子によって補われます。このため、電流が流れるほど負極の亜鉛が痩せていき、電子を供給する能力が下がるので、電池の出力電圧も下がります。
また、電池中の亜鉛イオンは正極側に移って中和されます。流す電流が大きいほど、この移動と中和は起き難くなるので、出力電圧が下がります。

(2) 公称1.5Vの二酸化マンガン電池は0.9V程度になるまで使えて、
公称3Vの(二酸化マンガン)リチウム電池は2V程度まで使えるようです。

(3) 電気器具をIHに変更しようとしたら、「電流が足りない」と言われたのは、家の中の配線やブレーカー(過電流保護器)が、IHに必要な電流を流すように出来てないのだと思います。昔は使用する電力が少なかったから、電気機器が増えると、古い家ではそういうことが起こり得ます。普通は、新たに家の中の配線を電気屋さんにしてもらって、使える電力容量を増やすと思います。

電気は、電圧差があるところに流れます。この流れる分量が電流です。何かに電流が流れると、流れる間に必ず電圧が下がります。下がった分の電圧と流れる電流の積が電力で、これが電気がする仕事になります。
電池は先に述べた電極材料のエネルギー差で、家庭への電灯線は発電機の電圧と変圧器で電圧は決まります。電圧は、原理的には流れる電流とは無関係に決まるのですが、流れる量が大きくなると、電池の内部や変圧器+配線で電圧が食われて、実質的な電圧が下がります。
IHや電気ストーブのような大電力機器を使おうとすれば、配線や安定器の能力を増やさねばなりません。