電位差

電位差って何ですか？
また、電圧って何ですか？

No.7 ベストアンサー 回答者： ht1914 回答日時： 2006/08/24 11:34

「電圧」は電位差と同じと考えて良いと思いますが回路の中でしか使わない言葉です。

電流を水の流れの類推で考えたものです。だから電気現象全体に当てはまらなくなっています。電位差は全ての場面で使うことが出来ます。「電位」はエネルギーと結びついた場（環境）を表す言葉です。圧力は力に結びついています。パイプの中に水を流すときに方法が２つあります。１つは落差をつける事です。もう一つは圧力をかけることです。それを同じ事だと考えて付けた名前が電圧です。でも混乱が起こりそうですから使わない方向で進んでいます。
「電場」という表現のばあいも「電荷に働く力の環境部分を表す量」というのと「電気的な場」との混乱が起こりそうです。＃６の方の「電位も電場ということがあります」にその混乱が見られます。
地球上での重力の環境（重力場）は地球が作っています。地球は太陽の作った環境の中を動いています。場は環境ですからその中で動いている物体とその場を作った物体との区別がつくのが普通です。私たちは地球の場の中で生活していますが地球が私たちの作った環境の中で運動しているとはいいません。アリが私たちの重力の元で運動しているともいいません。力と質量の大きさに極端な差があるからです。
＃５の方の電子の密度差であるというのは全くの誤解です。電場をどの様にして作るかと電場の元での電荷の運動、場の量としての電位をごっちゃにしています。
やはり重力の場合を類推の基本にしてもらった方が良いと思います。
正または負の電気が一ヶ所に集まれば周りの電荷は力を受けます。周りの空間に場を作ります。
神経の興奮の場合、イオンの分布に偏りが出来て膜の電位が上がるという表現が出てくると思います。ある場所に電気が集まるわけですから周りに電気的な力を与えるような場が出来たということになります。その力を受けて新たなイオンの集中が起こったり、ゲートの開閉が起こったりします。でも何もないところにいきなり正、または負のイオンの集中が起こるはずはありませんから別の生理的な仕組みがあるはずです。それが神経の興奮という言葉でひとまとめになっています。
コンデンサーの極板には正、負の電気が溜まります。溜まった電気は極板の間の空間に場を作ります。でも何もないところで極板に電気が溜まるという事は起こりません。溜める仕組みが必要です。電池を使います。電池はどうしてそういうことが出来るのか。酸化還元反応を使っています。物質によって電子を出したりもらったりする性質に違いがあることによって起こる反応です。生物の体の中でのエネルギーの一番の元は食べ物として取り入れた物質と呼吸で取り入れた酸素との酸化還元反応です。これをうまく物質のエネルギーの形で循環させています。熱の発生は目的ではありませんので燃焼とはいいません。機械を運転しているときに出る熱は機械の目的とは外れたロスのエネルギーを表しています。「脂肪を燃やす」とか「糖を燃やす」とかの表現がＴＶ等で行われています。これではいつまでたっての生物の生理的な仕組みを理解していくことが出来ないだろうと思っています。
電池は化学反応のエネルギーを出来るだけ効率よく電気エネルギーに変えようとして工夫されたものです。反応のエネルギーを熱に変えてから電気にしているのではありません。どうしても熱は出ますが少ないです。生体内でも同じです。出来るだけ熱ががでないように物質Ａ，物質Ｂ，物質Ｃという形で移していっています。

No.6 回答者： Willyt 回答日時： 2006/08/24 07:58

>実際に起こっていることが何なのか知りたいのです。

　電位は空間のエネルギー場であり、電圧は導線内の電位差であると考えればいいでしょう。では場というのは何かというと、電位の場合はそこへ電子を置くと一定のエネルギーを持つということです。これは重力場でも同じで、質点を重力場に置くと位置のエネルギーを持つのです。地場も同じです。ですから電位も電場と言うことがあります。電位というのはそういう言わば環境みたいなものです。

No.5 回答者： noname#22681 回答日時： 2006/08/24 06:38

電位差とは、簡単にいうと電子の密度差です。

電子をギューっと一箇所に集まると、電子がお互いに反発しあい、導体を伝わって電子密度の低い方へ拡散します。
電圧は明確な定義はないと思いますが、電子の密度と理解すればよいのではないでしょうか。

この回答へのお礼

簡略でわかりやすい説明、ありがとうございました。

お礼日時：2006/08/24 12:38

No.4 回答者： noname#22681 回答日時： 2006/08/23 14:35

電圧を水圧にたとえると理解しやすいのではないでしょうか。

水道管のなかの水を想像してみてください。
水道管の中のある点の水圧、これが電圧といえます。
（正確には対地電圧の意味あいですが、これはのちのち理解してください）
水道管の中のA点とB点の水圧の差、これが電位差となります。
水圧の差が生じるとA点とB点の間に水圧の高いほうから低いほうへ水の流れが生じます。これが、電流です。
つまり、電位差が生じるとそこに電流が生まれるのです。

この回答へのお礼

お答えいただき、ありがとうございました。電圧は、２地点の水圧の差のようなものなんですね。例えはよく分かりました。しかし、実際に起こっていることが何なのか分からなかったので質問しました。明確に質問しなくてごめんなさい。

お礼日時：2006/08/24 00:00

No.3 回答者： ht1914 回答日時： 2006/08/23 09:27

＃１，＃２を比べてみます。

内容に食い違いがあります。なれている人は同じと思うかもしれませんがなれてない人は混乱します。質問されている人が中学生か高校生か一般の人か等全くわかりませんので答えにくいのは確かです。当たらずとも遠からずで答えるより仕方なくなります。
どちらの方もポテンシャルのことだと言っておられます。でも＃１の方は「わかりやすく言えば高さの差」と表現しています。＃２方は「エネルギーの差」と表現しています。同じポテンシャルという表現を使っても内容に違いがあります。

高校生だとします。重力の位置エネルギーの表現は習っていると思いますのでそれを用いて説明します。
質量ｍの物体が高さをｈ変化させたとすると位置エネルギーの値はｍｇｈ変化します。ｍの値をＭに変えたとしても高さの変化が同じで在ればＭｇｈと同じ表現になります。この式で物体を表す量は質量、その物体のおかれている環境を表す量がｇｈと考えることが出来ます。場という言葉を使っている人もいます。ｇｈはエネルギーではありません。質量と結びついてエネルギーになります。ｍｇは重力の大きさを表しますから力と距離の積がエネルギーを表現するとして良いことになります。
電気の場合はどうでしょう。コンデンサーの２つの極板の間の様な場面を考えて下さい。電圧Ｖがかかっているとします。電気量ｑを間に置くと力がかかります。極板の間隔をＬとすると力はｑＶ／Ｌです。このＶ／Ｌは普通電界（電場）の強さと呼ばれています。文字Ｅで表されることもあります。力が働いていますから移動させるとエネルギーに違いが生じます。この電気量を片方の極板からもう一つの極板に移動させるとします。エネルギーの変化は力×距離です。（ｑＶ／Ｌ）×Ｌ＝ｑＶです。ｑをＱに変えてもＱＶとすれば良いだけです。ｑの単位は［Ｃ］、ｑＶの単位はエネルギーの単位［Ｊ］ですから電位Ｖの単位は［Ｊ／Ｃ］になります。これを普通［Ｖ］と書いて「ボルト」と読んでいます。
電位はエネルギーではありません。電荷のおかれている環境を表す量です。場を表す量と言っても同じです。重力の場合で言うとｇｈに対応する量です。ｍｇｈに対応するのはｑＶです。

そのことで言うと＃１の方の高さの差という表現の方が場を表す量だということで近いです。

１０００Ｖといっても怖くありません。下敷きをこすって実現出来る電圧です。下敷きでは感電しません。溜まっている電気の量が少ないからです。１０ｍの高さの所からバケツいっぱいの水を一度に落とした場合、下に人がいると事故になるかもしれません。落ちてきたのが一滴の水であれば何ともありません。

電位はエネルギーの目安になりますがエネルギーではありません。
よく電気関係の教科書に「単位電荷の電気エネルギーの差は電位差に等しい」という表現が出てきます。数字としては等しくなりますが量としては全く違いますから使わない方が良い表現だと思います。秒速１０ｍで１秒間運動すれば１０ｍ移動する。だからといって「１０ｍ＝１０ｍ／ｓ」だとすれば間違いです。

こういうコーナーに書く文章はどうしても省略されたものになります。誤解や混乱が生じる場合があります。

この回答へのお礼

身分を名乗らずに聞いてごめんなさい。わたしの物理は中学レベルで止まっています。位置エネルギーの記号等は習いました。ghが物体のおかれている環境て考えられるなんてすごい方ですね。力は移動距離が長くなるほど加速度が増えて大きくなるということですか？電位差は、加わった電気量が移動していく過程である瞬間におかれている環境という解釈でいいのでしょうか？電気量がよくわかりません。泥沼にはまってしまいました。実は、高校生物の中の神経の伝導の単元を勉強しています。その中で、電位差が生じてチャンネルが次々に開くという記述があるのですが、どうやって隣りのチャンネルに電位差が生じるのか理解できなくて質問しました。少し分かった気がするのですが、分かったと思うと同時にハテナがたくさん出てきます。もし暇がございましたら、どうか教えてくださいませ。大変丁寧に実際起こっていることを教えていただき、ありがとうございました。これを読んだだけでも、実際には以前の水の流れの例えのイメージとは違うことが分かりました。

お礼日時：2006/08/24 01:07

No.2 回答者： Willyt 回答日時： 2006/08/23 07:10

エネルギーレベルの差です。

ポテンシャルエネルギーで言えば、高いところと低いところの高低差に当たります。物体は高いところからポテンシャルエネルギーを運動エネルギーや熱エネルギーに換えながら低い方へ落ちて行きます。同じように電気は電気エネルギーを熱エネルギーや機械エネルギーに換えながら電圧の低い方へ流れて行きます。実際には電子は逆方向へ流れているんですけどね(^_-)　これは余計なことです(^_-)　電子を知らないうちに電気の正負を決めてしまったのがいけないのです(^_-)

この回答へのお礼

お答えいただき、ありがとうございました。電圧は、エネルギーの差で、位置の高低のようなものなんですね。例えはよく分かりました。しかし、実際に起こっていることが何なのか知りたいのです。明確に質問しなくてごめんなさい。

お礼日時：2006/08/23 23:58

No.1 回答者： F_P_E 回答日時： 2006/08/23 01:50

はじめまして。

どの程度のレベルで答えたらよいのか、よくわかりませんが。。。
電位差とは、”電位”の差です、そのまんまです。では、電位とは何か。難しく言えば、ポテンシャルのことです。簡単なイメージで言えば、山や谷のある地形の高さ（標高）が”電位”の大きさに相当します。したがって、このイメージの沿って言うことにすれば、『電位差』とはある地点と別の地点の標高差のようなものです。

電圧は、電気回路における電位差のことです。

この回答へのお礼

聞く立場なのに、どの程度のレベルか答えなくてごめんなさい。わたしの物理は中学レベルで止まっています。・・・
神経の興奮伝導で電位差というキーワードが出てきたので、困りました。電位差の説明はいたるところで読みましたが、理解できませんでした。わたしは例えのみでは理解できない馬鹿者です。これが物理を悟らない奴というんですかね？
説明ありがとうございました。

お礼日時：2006/08/23 23:53