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キルヒホッフの第2法則により、「電源電圧は電圧降下の総和と等しい」と習ったのですが、これは電圧降下がない場合、すなわち電気抵抗が0の場合は、電圧は起きず、電流は流れないということなのでしょうか?もちろん、電気を通している同線などの電気抵抗も0と仮定した場合です。それに、電圧は元々、電位の差として解釈していたのですが、これは間違いなのでしょうか?なぜ抵抗が多いほど電位の差が大きくなるのかが理解できませんし、そもそも電位の差というのはそれぞれの極(正極と負極)にある電子と陽子の量で起きるのではないのですか?私の理解だと、その電荷を帯びた粒子の量の違いによって電圧が生じ、電子が流れやすい素材(同線など)でその極同士が繋がれると、電子がー極から+極に移動し、移動するにつれ電位の差もどんどん縮まって、電圧が0になると止まる(抵抗を0とした場合)と理解していたのですが。

それに加え、電子の流れを私はマイナス極から電子が一つ同線に入ると反対側から一つ電子がプラス極に飛び出るイメージだったので、途中で違う電圧が存在すること自体、よくわからなくなってきました。

長文失礼いたしました。どなたか詳しい方お願いします。

gooドクター

A 回答 (7件)

おおざっぱには「電気抵抗 = 電子の動きにくさ」とでも思ってもらえばいいかなぁ. 電子は電位差によってエネルギーを得て運動する. そして, 抵抗が小さいと簡単に動けるので「たくさんの電子が動ける」=「たくさんの電流が流れる」し, 抵抗が大きいと電子の運動の邪魔になるので「あまり電子が動けない」=「小さな電流しか流れない」ということ. そして抵抗によって電子のエネルギーは削られていく (その分は熱とか光とかのエネルギーとして放出される).



「抵抗が多いほど電位の差が大きくなる」については「同じだけの電流を流した場合」という条件が付く. あと「それぞれの極(正極と負極)にある電子と陽子の量」で「電位の差」ができるというのは, 純粋に静電的に電位を作っている (キャパシタの) 場合だね. キャパシタでも静電容量と電荷の比が電位になるから単純に「電子と陽子の量」だけで決まるわけでもないけど. 乾電池のような化学電池では両極で生じる化学反応 (の種類と頻度) によって電位差が決まるから, 種類と頻度が変わらなければ「電位の差」は一定になる. 太陽電池も本質は同じ.

で, 電気抵抗が 0 の場合には「流れる電流の大きさによらず (両端の) 電位差は 0」ということになる. もちろんこれは理想的な場合で, 実際の物質ではあんまり大きな電流を流すと耐えきれない.
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。みなさんの回答全て参考にさせてもらいましたが、一番早かったTacosanをベストアンサーに選ばせていただきます。抵抗が無いと、電子の加速がないから一定の速さで流れ続けるということですね。なんとなくわかった気がします。

お礼日時:2020/06/27 13:04

現実は電流が流れすぎる状態のため、内部抵抗で消費されます。


従って外部回路には電流が流れるまでに至らず、内部抵抗による発熱現象がおこります。
電子の流れ(移動方向)は電流の流れとは逆、という関係はありますが、電流=電子の流れではありません。
電流は光速?で伝わりますが、電子自体の移動はそれに比べれば、はるかにに遅いです。
電流は電気エネルギーという一種の情報の伝達です、物質ではないので光速が可能です。
川に一人が通れる橋があります、片側には飢えた10人がいます、もう一方には誰もいません、この状態だけではおしくら饅頭状態は発生しません。
もう一方に上空から支援の食糧品が落とされました、こぞって橋を渡ろうとして人の流れが発生します。10人が並列で渡れる橋(抵抗が低い)と押しくら饅頭状態(電圧)は発生しません、橋の幅(抵抗値)が狭い(大きい)ほど、おしくら饅頭状態の圧力(電圧)は高くなります。
電流が流れる状況が発生(回路がつながっている)がなければ電圧は計測できません。
+から複数の抵抗を直列に接続しても、最後ーに接続しなければ、個々の抵抗の両端に電圧は発生しません。
マイナス極との間であれば、個々の抵抗のどの部分であっても、電源電圧が計測できます、なんのことはない、抵抗無関係の電源の開放電圧ですね
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電池は単独で電圧を発生します。

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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

お礼日時:2020/06/27 13:35

電圧降下というのは素子が電流の流れに逆らう力。


抵抗が増えると同じ電流に対して電圧降下は増えます。
キルヒホッフの電圧則とは、電源電圧と電圧降下が
拮抗したところに電流の量が落ち着く ということです。

どんなに電流を流しても電圧降下がゼロなら
電流は際限無く増えます。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。参考にさせて頂きます。

お礼日時:2020/06/27 13:34

1.


>これは電圧降下がない場合、すなわち電気抵抗が0の場合は、電圧は起きず、電流は流れないということなのでしょうか?<
電圧と電流が比例するのはオームの法則の結果で、抵抗素子だけの特性です。導線に流れる電流を
決めるのは、設定した閉回路に含まれる素子(R,L,C)のV-I特性とキルヒホッフの電流則です。

また、抵抗値0の抵抗を電源につないだ場合の解析は設定矛盾となり不可能です。

>電圧は元々、電位の差として解釈していたのですが<
静電界の場合はその通りです。ただし、電磁誘導がある場合(インダクタンスなど)は、基本的に
(ほぼ)電位は定義できないので違います。

>なぜ抵抗が多いほど電位の差が大きくなるのかが理解できませんし<
簡単な抵抗回路の時は電位は回路中の電界の積分ですから当然です。

>そもそも電位の差というのはそれぞれの極(正極と負極)にある電子と陽子の量で起きるのではないのですか?<
その通りです。

>電子がー極から+極に移動し、移動するにつれ電位の差もどんどん縮まって、電圧が0になると止まる(抵抗を0とした場合)<
どのような電流が流れようと、電圧は変化しないというのが(理想)電源の定義です。現実問題とし
ては、電流を流すと電源の内部抵抗が大きくなってしまう。

>電子の流れを私はマイナス極から電子が一つ同線に入ると反対側から一つ電子がプラス極に飛び出るイメージだったので、途中で違う電圧が存在すること自体、よくわからなくなってきました<
全く意味不明です。

2.
なお、キルヒホッフの電圧則は、抵抗だけでなくL,Cを含む準定常電流の場合にも広く使われていま
す。Lの場合、内部には電界は有りませんので、電位と言う概念は無意味です。この場合は電位と電
圧と言う概念を切り離す必要があります(これといくつかの理由のため、電圧則がマクスウェルの式
の定理であることがほぼ明示されていない)。

繰り返すと、電位と電圧の定義は似ており、一致する場合もありますが、異なる概念です。

たとえば、Lでは抵抗が0ですが、両端の電圧が定義でき、明確な認識も無く(電位、起電力との違い
もわからないまま)、よく使われていますます(つまり、回路論は杜撰ということです)。
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この回答へのお礼

一つ一つ丁寧な解説ありがとうございます。参考にさせていただきます。

お礼日時:2020/06/27 13:32

まず、回路に流れる電流は、+の電荷の移動では無く-の電荷(自由電子)の移動で生じます。


これは、よく「水流モデル」として説明されます。
電池は、電子を高い位置に持ち上げるポンプの役目をしており、持ち上げられた電子を水路に流し込みます。
水と同様に電流は、高い位置(高電位)から低い位置(低電位)に向かって流れていきます。
このモデルでは、導線は水平な水路、抵抗は傾いた水路(つまり、水路の両端で高さに差がある)として表されます。
電位とは、簡単に言うと、電気的な「高さ」であり、電圧は「高さの差」です。
ですから、ポンプが持ち上げた高さは、電流が水路を降りてきた高さの和に一致します。
このイメージがキルヒホッフの第2法則です。

>その電荷を帯びた粒子の量の違いによって電圧が生じ

簡単のため、抵抗の直列回路で考えると、回路を流れる電流は一定になります。
ですから、大きな抵抗にも同じ数の電荷が流れている事になります。
つまり、粒子の量の違いで電圧が生じているわけではありません。
イメージ的には、抵抗が大きいので、同じ大きさの電流を流すためには、大きな圧力(電圧)が必要になると言うことです。
水路のイメージでは、抵抗が多きいとは、水路が「狭い」事なので、
この狭い水路に他と同じように水を流すとすれば、水路の傾きを大きくしてやらなければなりません。
傾きを大きくすれば、高さの差も大きくなる、つまり大きな電圧になる事を表します。

それから、導線では、電気抵抗は0として理想化され、従って、導線に加わる電圧は0になります。
そうすると、導線に電流が流れるのか?って疑問があるわけですね・・・。
そこで、オームの法則 V=RI を考えて見ます。
導線のRは0ですから、当然、V=0となりますが、ではIの値は・・・そう、「不定(決まらない)」ってなるんです(I=0ではありません)。
Iにどんな値を代入しても、R=0ならば、V=0が成り立つわけです。
これは、導線だけを見た場合、導線に流れる電流を決める事ができない事を表します。
つまり、導線に流れる電流は、導線につながれている抵抗にどんな電流が流れているかで決まってしまいます。

中途半端で分かりづらい説明になっており、参考にならないかも知れませんが、どうぞ、お許し下さい。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。とても丁寧で分かりやすかったです。抵抗が大きくなったからではなく、同じ量の電流をながすのに電圧がもっとかかるということですね。根本的なところが理解できてよかったです、ありがとうございます。

お礼日時:2020/06/27 13:32

発生しないですよ。


のれんに腕押し、しても抵抗は無いから電圧は0。超伝導ですよ。
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この回答へのお礼

成程です。回答ありがとうございます。

お礼日時:2020/06/27 13:06

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