電気回路の電子の流れについて質問です

水路などでは、一か所が壊れていても水を流せば行けるところまでは流れますが、電流の場合は回路が断線している場合は電子の移動は起きるのでしょうか？(逆に流れている電気回路を断線させると回路内の電子は一斉に動きを止めるのでしょうか？)
回路として繋がっていない電線を電池に繋いでも電圧は検知されないと思うので私の認識だとNoなのですがこれが極端な例を出すと銀河レベルで巨大な回路になった場合に、何億光年も先の回路が断線しているかどうかなど電池側では分かりようもないと思うのですが、この規模でも同様なのでしょうか？
同様だとすれば電流が流れている巨大回路を断線させると、何億光年も先でも瞬時に停電を検知できるものなのでしょうか？
もしそうなら光速度を越えた情報伝達となっている気がして不思議に思ったので質問させていただいた次第です。

No.5 ベストアンサー 回答者： んけー 回答日時： 2024/06/20 19:01

光年単位に長い回路の断線について考える場合、非常に長距離の伝送に関連する特殊な物理現象と電気工学的な課題が関わってきます。

ここでは、光年単位の長さを持つ回路が断線した場合の影響をいくつかの視点から考察します。

### 1. 信号伝播の遅延
- **電磁波の伝播速度**：光年単位の距離では、電磁波が伝播する速度（光速）であっても非常に長い時間がかかります。例えば、1光年の距離を電流や信号が伝わるには1年かかります。このため、断線の影響が遠方の回路に伝わるまでには大きな遅延が生じます。
- **断線の検知遅延**：断線が発生しても、その情報が回路全体に伝わるまでに光速で伝わる遅延時間がかかるため、遠方の部分が断線を「知る」までに非常に長い時間がかかります。

### 2. 回路特性の影響
- **特性インピーダンスと波反射**：長距離伝送線路では特性インピーダンスの不整合により、信号の反射や減衰が発生します。断線が生じると、その位置での反射波が回路に影響を与え、伝送特性が変化します。これも断線の影響が伝わる時間を決定する要因になります。

### 3. 信号の減衰とノイズ
- **減衰と損失**：光年単位の距離を持つ伝送線路では、信号の減衰や損失が非常に大きくなります。断線が発生すると、その後の信号強度はほとんどゼロに近づくため、断線位置以降の信号は事実上検出できなくなります。
- **ノイズの影響**：非常に長距離では、環境ノイズや宇宙線などの外部要因によるノイズも無視できなくなります。断線により信号が途絶えると、ノイズが顕著になる可能性があります。

### 4. 実際の電流流れの停止
- **断線前の状態**：電流は回路全体を流れていますが、非常に長い距離を考慮すると、信号の遅延や減衰も伴っています。
- **断線時の変化**：断線が発生すると、その位置で電流が停止します。遠方にいる観測者がこの変化を感知するには、断線位置から観測者までの距離に対応する時間（光速の伝播時間）が必要です。

### まとめ
光年単位の長さを持つ回路が断線すると、その影響が遠方に伝わるまでに非常に長い時間がかかります。断線により、即座に電流は停止しますが、断線の影響が遠方に伝わるまでには光速の遅延が生じます。特性インピーダンスの不整合や信号の減衰、ノイズの影響も加味すると、実際の回路動作は非常に複雑になります。

### 参考シナリオ
例えば、地球と遠方の宇宙探査機を結ぶ通信回線を考えると、断線が発生するとその影響が地球に伝わるまでには通信距離（光年単位）に応じた時間がかかります。この間、通信は途絶し、断線を修復するための対策を講じることも難しくなります。

No.4 回答者： んけー 回答日時： 2024/06/20 18:51

理想的回路じゃないなら、コンデンサになるはず

理想的回路なら回路じゃないというか
閉路を描けません
電池の両端に鉄線がそれぞれの極についてるだけのようなポテンシャル
？？？多分流れないでいいかな

No.3 回答者： んけー 回答日時： 2024/06/20 18:19

電流路の途中で、動き始めたものは断線があろうが進めるところまで進むのでは？

瞬時にコンデンサのような挙動に変化するなら
としても、電子の時間変化の変化量は漸近的に振る舞いそうです。
また、電子も物体同様、光の速度を超えることがないとしないと相対論が成立しません。
瞬時の情報伝達手段としては
量子もつれを使う方法があると言われています
電気回路など、その他諸々じゃ不可能だから量子もつれならできると
そういうことなのかなと
虚子的空間に対して物理の法則を直観的に捉えるには、理論じゃなくて基礎の基礎
もはや量子のレベルでの挙動を捉えようとした方がわかりやすくなるか
みたいな

この回答へのお礼

割と「光速度」に反応なさっている方が多いですが、一番の質問である「電流の場合は回路が断線している場合は電子の移動は起きるのでしょうか？」に回答くださってありがとうございます。

仰る通り動き始めた電子は断線しても、即座に停止せずに時間をかけて止まるのであれば私の後半の質問は意味がありませんね。
ただ、もう一点疑問に思うのは断線している回路に電池を繋いだ場合は電子の移動は断線箇所までは起きるのでしょうか？

お礼日時：2024/06/20 18:42

No.2 回答者： mimon01 回答日時： 2024/06/20 18:11

銅線に電圧の伝わる速度は約2×10^8m/sですから、光速よりも遅いです。

また、急激に切ると水流のウォーターハンマーと同様にピークが発生しますから、終端抵抗として特性インピーダンスに応じた抵抗を設けてピークカットします。

No.1 回答者： e12mv2 回答日時： 2024/06/20 18:08

電子が光速で動き回っているのではない。

自由電子と言えども結晶粒子に邪魔されて、動けるのはせいぜい毎秒１ミリ程度である。
真空中でも光速度は出ない。
電子には質量があるからである。

光速で移動するのは「電子が動いた」という情報である。
１ミリ動いた電子が隣の電子を１ミリ動かし、その電子がまた１ミリ動かし、・・・
その伝播速度が光速度なのである。
電気エネルギーもこの情報に乗って移動すると考えた方がよい。

海の波と同じである。
水分子自体はその場で上下するだけである。
上下の情報が波となってエネルギーとともに周囲に伝播してゆくのである。