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電流は一定になると習いましたが、以下のような単純な回路でも電子が回路上のどこにあるかで、受ける力は異なると思います。それぞれのちからがどのように綱引きし、どのようにして電流が一定に定まるのか、伺いたいです。

「電子が回路上のどこにあるかで、受ける力は異なる」というのは、例えば以下のような認識です。

①電池内部の負極では、電子が負極の金属のイオン化傾向に基づいて、ワイヤ側に押し出される力を受ける。

②抵抗よりマイナス側のワイヤでは、電子は、①で移動した電子から数珠つなぎに力を受ける(加わる力は①と同じ)

③抵抗内部において、①の力に加え、抵抗の素材の種類に基づいて、電子の移動を妨げる力を受ける(抵抗内部の原子にぶつかる)。

④抵抗よりプラス側のワイヤでは、電子は、⑤で電池正極に吸い込まれていった電子についていく形で力を受ける(加わる力は⑤と同じ)

⑤電池内部の正極では、電子が負極の金属のイオン化傾向に基づいて、電池内部に向かう力を受ける。

これらの力が時間経過の中で、どのように綱引きして、最終的に電流が一定に定まるのかを教えてください。

また、②にいる電子が、⑤の力を受けるのかも気になっています(そうなると、逆に、④にいる電子が①の力を受けることにもなる?)。抵抗があるのに⑤で発生した力が②に伝わることなどあり得るのか?というのもきちんと計算したらどうなるのでしょうか?

専門ではないので、そこまで深く掘り下げて、正確にすべての電子の動きを趣味レートしたいわけではないのですが、上記のような複数の力のつり合いが、最終的にどうなるのかイメージできず、うまく腹落ちしていない状態です。

「回路全体でどのような力の綱引きがあり、ど」の質問画像

A 回答 (4件)

色々な見方があるのだけど、


③の抵抗は電子を通し難いので
③の左端に電子が少し過剰になり、右端で電子が少し
足りなくなる。これにより電場が発生し、②や④での
電池の電場を減らす(所謂電圧降下)。

電流が大きくなると、③の両端の電荷の過不足が増え、
電場が強くなり、②や④内の電場は減る(電圧降下が増える)。
②と④の電場が0になると、もはや電流は増えない。
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電流=電子、ではありません。


とはいえ電気が流れると電子も動きますから、電子の動きを見て電気の流れを知ることはできます、電流は見えませんからね。

おそらく、水道管の水の分子のようなイメージを語っているのではないかと思いますが、”電気”は水の分子ではなく水圧に相当するものです。(水道管モデルはあまり評判が良くなく、電気をこれに例えること自体に否定的な人もいるので、これくらいで)

そんな感じなので、もう一度電気とは?と、考えなおしてみると、もう少し分かるかもしれませんよ。
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ちょっと違います。



回路の状態を規定しているのは回路式ですが、これからは直接的な「力」
が消えています。このため、この式に基づき、各素子の動作を検討します。


電池では起電力という力によって、電荷が分離し、分離した電荷によっ
て、起電力とは逆向きの電界が発生し、起電力と釣り合っています (釣
り合わないと、逆の電界が暴走する)。この電界によって一定の電圧が
発生します。

電荷が電池から移動しても起電力によって、電荷が補充され一定の電圧
が維持されます。


電池の電圧によって、抵抗に常に一定の電界が加わり、抵抗内の電子は力
を受けて運動するが、速度に比例した逆向きの抵抗を受け、一定の速度で
移動するというモデルで説明される。

②④
導線はあなたの説明通りですが微妙な点があります。
導線では力は働きません。運動方程式のように、力は働かなくても電子は
定速度で運動しています。

ただ、電子が流れる要因・きっかけとして、③から導線の抵抗端で電荷
の欠乏が生じ、導線の中の電荷が静電力によって順次移動すると考えられ
ます。流れだした後は電子には力は働いていません。
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>>上記のような複数の力のつり合いが、最終的にどうなるのかイメージできず、うまく腹落ちしていない状態です。



そういうことを考えては、現時点ではダメでしょう。
そういうのは、まだ科学で解明されていないと思うから。

この回路構成なら、方程式はこうなる。
方程式を解けば、電流はこんなグラフになる。電圧はこうなる。

などが分かればいいと思ったほうが良いと思います。
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