サーバー製品など100V、200Vのどちらでも使用可能な電化製品の場合、
200Vにすると、電流が半分になるようですが、腹落ちしません。
※ 消費電力(VA) = 電流(A) × 電圧(V)
計算式上は、消費電力が同じで、電圧が2倍になると
電流が半分になるのは理解できます。
「電圧は電流を流す力」と理解していたので、電圧を大きくすると
電流も大きくなると考えていました。
(式は正しいので、この理解が間違っていると思いますが。。)
だれか、電流、電圧、消費電力の概念について、わかりやすく教えてください。
No.1ベストアンサー
- 回答日時:
>「電圧は電流を流す力」と理解していたので、電圧を大きくすると
>電流も大きくなると考えていました。
抵抗やインピーダンスが同じなら、それは正しいです。
(1)10Vの電圧で1A流れる回路なら、(2)20Vの電圧にすると2A流れます。
その時、電力は電圧の2乗に比例して大きくなることを忘れてはいけません。
(1)の場合は、回路は10Wの電力を消費します。 10V×1A=10W
(2)の場合は40W 20V×2A=40W
どちらも、
> 消費電力(VA) = 電流(A) × 電圧(V)
この式を満たしていますね。
>計算式上は、消費電力が同じで、電圧が2倍になると
>電流が半分になるのは理解できます
ところが↑こうなるのはなぜか。
ご自身で「消費電力が同じ」という条件を設定なさったからです。
電圧を変えても消費電力を同じにするには、電圧を変更すると同時に回路の抵抗を取り換える作業をしなければなりません。
No.9
- 回答日時:
疑問に思っておられるのは、電源電圧が選択可能な場合ですね。
しかし、とりあえず単純な抵抗器でどうかということを考えてみます。消費電力(W)=電流(A)×電圧(V) ―(1)
ですが、回路に抵抗器があると、オームの法則、
電圧(V)=抵抗(Ω)×電流(A) ―(2)
という式も成り立っています。
抵抗器が同じで電圧が変わった場合にどうなるか見やすいよう、(2)を、
電流=電圧/抵抗 ―(2')
と変形し、(1)に代入してみます。
消費電力=電流×電圧=電圧/抵抗×電圧=電圧^2/抵抗
^2は2乗という意味の記法です(エクセルでも使える書き方)。電圧が2倍になったとすると、
消費電力=(2×電圧)^2/抵抗=4×(電圧)^2/抵抗 ―(3)
となりますから4倍の消費電力になることが分かります。どうしてかと考えてみると、電圧が2倍なら、電流も2倍になるはずで、電圧と電流をかけたら2倍の2倍で4倍になる、ということですね。
機器が電圧に関わらず同じ仕事をすればいいのだとすると、消費電力は一定でいいはずです。(3)をもう一度見てみると、電圧が2倍になると消費電力は4倍になります。これを変わらないようにするなら、分母の抵抗が4倍になればいいことが分かります。
抵抗は電流の流れにくさを表すものです。抵抗が4倍になるということは、電流が1/4になります。電圧が4倍で電流が1/4ですから、かけると1になり、同じ消費電力になることになります。
もちろんですが、単純な抵抗器が電圧が2倍になったら抵抗値が自然に4倍になるなんてことはありません。複雑な機器だとしても同様です。電源電圧が200Vのときは、100Vのときの4倍の抵抗になるよう、機器のほうで切り替えているのです。
No.6
- 回答日時:
>「電圧は電流を流す力」と理解していたので、電圧を大きくすると
>電流も大きくなると考えていました。
これは、電力を消費するものが「受動素子」の場合です。電力を供給する側が主役で、「電気を送り込む」というイメージです。
「さあ、送り込むぞ~」っと電圧を上げれば、電流も大きくなります。
>※ 消費電力(VA) = 電流(A) × 電圧(V)
>
>計算式上は、消費電力が同じで、電圧が2倍になると
>電流が半分になるのは理解できます。
これは、電気を受ける側、電力を消費する側の場合です。「これだけの電力がほしい(=消費電力)」と言っているので、送り側の電圧が大きければ少しの電流で足りますし、送り側の電圧が低ければたくさんの電流を流してもらわないといけません。
「送り手」から見た見方(どれだけ電力を送りこめるか)と、「受け手」から見た見方(電力がどれだけほしいか)の違いということです。
No.5
- 回答日時:
お使いのノートパソコンの電源を見ても
IN: 100-240V
とか書いてありませんか??
いわゆるスイッチング電源( https://www.google.com/search?hl=ja&q=%E3%82%B9% … )でいきなり交流を整流して、スイッチング回路で高周波にしてトランスに電圧を印加します。交流に限らず波は波長が短い/振動数が高いほどエネルギーは大きくなりますから、小さなトランスですみます。スイッチング回路は電圧の上昇を見て切り替えますから。元々の入力電源の電圧にも周波数にも依存しない電源になり、エネルギー密度が高いですからトランスもとっても小さい物ですみます。欠点は高周波雑音です。
スイッチング電源のトップメーカー?コーセルの資料
⇒technotes.pdf( http://www.cosel.co.jp/jp/data/pdf/technotes.pdf … )
No.3
- 回答日時:
こんばんは
いまの電子機器に使われている電源装置の多くが ”スイッチング電源” と言われるものです。
大昔は 電源トランスとダイオード(整流器)とコンデンサー、チョークコイル などで数えられる程度の部品数でした。
昔の電源装置は トランスの一次側に100V、200V 等の切替の巻き線をトランスに設けて対応していました。
トランスの巻き線で100Vと200Vを切り替えましたので、サーバー製品と同様に200V時は100V時の半分に電流はなります。(トランスの効率が変わらなければ)
パソコンのスイッチング電源も10年ほど前までは、100Vと240Vの切替は必要でした。
その後、多分 半導体のスイッチングに関する特性が著しく向上して、切替を不要にしました。
電流が倍にならず半分になる理由は トランス使用の場合においてご理解出来れば、スイッチング電源も 同様であり、以下の説明でご理解可能と考えます。
スイッチング電源は簡単には 入力のAC電源をそのまま整流して約144V、あるいは288Vの直流に変換します。 そしてこの直流を半導体のスイッチング技術で 矩形波の交流に変換し、これをトランスに加えて、2次側に所定の電圧に変換し整流して直流を作ります。
従って、スイッチング電源もトランスの1次側と2次側の巻き線で電圧を変換しますので前述の大昔のトランス使用の電源と同様になります。
昔のトランスと異なるのは使う交流の電圧が昔は商用電源の50または60Hzでしたが、スイッチング電源の場合は半導体でスイッチングさせて交流を作りますので、数10KHzから数100KHzです。周波数が高いとトランスの形状が小さくて済むのです。
以上 ドシロウトの説明ですの間違いなどあるかとおもいますので ご参考程度に!
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