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電気回路を教えています。
電池だけの回路(短絡回路)をつくり電池の両端の電圧を測ると、ほぼ0でした。
なぜでしょうか?
V=IRの式に代入するとIは大きいが、Rはほぼ0なのでVはほぼ0になることはわかりますが、
この式を使わないで説明しようとすると難しいです。

電圧とは水路の例えでいうと、水の落差になります。
水の落差があるゆえに、電流が流れます。
高い電圧があるからこそ、電流がたくさん流れる、という考えからは、
上記の結果は外れているように思えます。
電流の値が大きいにもかかわらず電圧はとても小さいからです。
言い方を変えると、なぜ、電圧が少ないのにたくさんの電流が流れているのでしょうか。
私の理解のなにが間違っているのでしょうか?
よろしくお願いします。

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A 回答 (5件)

内部抵抗、については先の回答者。


水路に例えるとき、ただの水ための水面位置と電圧と比較できません。
満杯の水溜からわずかでも水を流すと、即水面が下がります。
電池を水の容器に例えるときは、底がバネで押し上げられるもので、水面が下がった分だけ底が持ち上がる構造を考える必要があります。
さらに、内部抵抗は水面と底の間が区切られ、その区切りに小さい穴が開いている構造、穴の大きさが内部抵抗になります。
バネの力は起電力です、起電力が大きくても、穴が小さいと上部の水が大量に流出しても、補給が追いつきません、これが短絡した状態です。
>高い電圧があるからこそ、電流がたくさん流れる
回路の抵抗が同じ時、という条件が付くのを忘れています、高い電圧があっても、通常の外部回路の抵抗が大きいと、電流は少ししか流れませんよ。
>電圧が少ないのにたくさんの電流が流れているのでしょうか
逆ですね、大電流により抵抗で電力が消費され電圧が下がる、です。
おおざっぱにいえば、電圧と電流は随時相互に変換されます。
通電したコイルの電流を瞬間に遮断すると、コイルは電流を流し続けようとする性質があるが、回路が遮断されているため、電圧に変換され高圧が発生します。
抵抗は電圧を生じる、という考え方もあります、短絡した回路には抵抗がないため、電圧は現れないとも言えます。
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その考えには2つの重大な誤りがあります。



ひとつは回答No.1にあるように、電池には必ず内部抵抗があり、それが考慮されていません。この内部抵抗は短絡回路の導線の抵抗より「相対的に」はるかに大きいので、短絡された電池の両端の電圧はほぼゼロになります。電池の内部抵抗を0.5Ω、短絡回路の導線の抵抗を0.005Ωとすれば、短絡された電池の両端の電圧はほぼ1/100(ほぼゼロ)に低下します。

もうひとつは、線形で考えているからです。線形とは、分かりやすく噛み砕いて言えば、どこまで行っても正比例の関係が続く、ということです。電池では現実にそうはならず(つまり非線形です)、電池から取り出せる電流(I)は幾らでも大きくなるのではなく、頭打ちになってきます。

この2つをまとめて言えば、理想状態における机上の空論をしているのが誤りのモトです。
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一応数式で説明しときます。



電池には内部抵抗があってOではありません。

電池を、理想電圧源と内部抵抗が直列に繋がっている というモデルを
採用すると、内部抵抗値をr、負荷抵抗をR、
理想電圧源の電圧(無負荷時の両極の電位差)=Vとすると、電流は

I=V/(r+R)

両極を短絡した場合は R=0ですから、電流は

I=V/r

つまりひかく的大きな電流が流れ、電池は発熱します。

短絡時の内部抵抗と負荷の電圧降下はそれぞれ

Ir=(V/r)r=V
IR=I・0=0

つまり電池の無負荷時の電圧(V)は、内部抵抗の電圧降下(V)
で相殺され、電極には電圧は出力されません。
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>なぜでしょうか?


短絡してるからです。

>Rはほぼ0なのでVはほぼ0になることはわかりますが、
>この式を使わないで説明しようとすると難しいです。

わざわざ敢えてこの式を使わず考えにくくする理由がわかりません。

>電圧とは水路の例えでいうと、水の落差になります。
>水の落差があるゆえに、電流が流れます。
>高い電圧があるからこそ、電流がたくさん流れる、という考えからは、
>上記の結果は外れているように思えます。

電気を水圧で100%表すことはできないのでそこにこだわってれば矛盾が生じるのは当り前です。


>電圧が少ないのにたくさんの電流が流れているのでしょうか。
電圧が小さくても、大電流を供給する電源装置はあります。
例えば
単一乾電池を100個並列接続すれば、電圧は1個の時と同じ1.5Vなのに、電流を流す能力は100倍となります。
これは何となくわかるでしょ?

>私の理解のなにが間違っているのでしょうか?
前出の通り。電気のことを水に置き換えて100%表せると思ってるのが間違いです。
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全然間違ってます。


内部抵抗という言葉はご存じですか?

Vは内部抵抗の電圧降下で相殺されるため
電池の両極の電位差はOVになります。

しかし、数式の解釈もムチャクチャだし、
人に教える段階ではないと思います。
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「短絡している為、3つの抵抗の回路として考える事が出来る」
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Aベストアンサー

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(電位差がなくとも電流が流れるのは、抵抗ゼロの「導線」だけです)

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Aベストアンサー

こんばんは。

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Q電位差がなければ電流は流れませんか?

基本的な質問ですみませんが、
電位差がなければ、電流は流れないのでしょうか?
電位差とはまた何のことでしょうか?

Aベストアンサー

tanceです。

一般的には電位差がないと電流は流れないというのは、それで良いと
思います。

後半のややこしい説明は喩えて言うと、「ハンドルを切らないと車は
曲がらない」ということに似ています。一般的にはこれは正しいの
ですが、そうではない状況はしょっちゅうあるのです。

正確に言うと、「ハンドルを切ってないのに、車の方向が変わる」
という現象があります。(ドリフトやスリップなど特殊な状態は
除きます)

電圧がハンドルの切り量に相当して、車の向きが電流に相当します。

まず、ハンドルを真っ直ぐにして、直進している状態から右にハンドル
を切ってください。車は右折しだします。交差点中程で、ハンドルを
戻しますが、ハンドルが戻ってまっすぐになったときに車は右折を
完了しています。つまり車の方向は90度右に向いています。(右折後
車は直進はしていますが、最初の方向とは違っています)

この様子を描いてみました。
少々解りにくいですが、この車とハンドルのような動きをする部品が
あります。(図の動作はインダクタという部品に相当します)
この部品に、変化する電圧を加えると電圧と流れる電流が同じ形に
ならないので、電圧が0の時にも電流が流れているという状態が出現
します。

これは決して特殊なことではなく、普通の回路のなかでは頻繁に
行われています。でも、インダクタの電流を意識するのは専門家だけ
ですから、一般的には「電位差のないところでは電流は流れない」と
思ってOKです。

tanceです。

一般的には電位差がないと電流は流れないというのは、それで良いと
思います。

後半のややこしい説明は喩えて言うと、「ハンドルを切らないと車は
曲がらない」ということに似ています。一般的にはこれは正しいの
ですが、そうではない状況はしょっちゅうあるのです。

正確に言うと、「ハンドルを切ってないのに、車の方向が変わる」
という現象があります。(ドリフトやスリップなど特殊な状態は
除きます)

電圧がハンドルの切り量に相当して、車の向きが電流に相当します。

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Qショートの意味とブレーカーの落ちる原因について

機械音痴の自分なのですが、昨日職場で仕事をしている最中に電源が全て落ちまして主電源装置を調べると水が垂れてました(装置の下に水溜りが出来ていました)。
昨日はすごい雨だったので何かの原因で雨漏りし主電源に通じるパイプを伝って雨が装置の中に入ってたようです。
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恥ずかしい話なんですが、今までショートするとはブレーカーが落ちる状態のことを言うのと思っていました。
そこでお聞きしたいのですが、ショートの意味とブレーカーが落ちる原因を教えてもらえないでしょうか?
職場が工場関係なんで将来仕事を任される時がきてこんなことも知らないようでは情けないんでちゃんと理解しておこうと思います。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ショートとは、漢字で「短絡」と書きます。
「短くつなぐ」です。

正常な状態では、プラスの電線とマイナスの電線との間に、負荷設備があります。
何らかの事情で、負荷設備を通る前に、プラスの電線とマイナスの電線とがくっついてしまうのが短絡です。
このとき、大きな電流が流れますから、ブレーカが落ちたりヒューズが切れたりして、大きな事故に至らないようになっています。

一方、ご質問は水がかかったとのことで、これはショートではないと想像します。
短絡ではなく「地洛」です。
「大地につながる」です。
「漏電」とも言います。

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Q漏電遮断器の原理を教えて下さい

現在専門学校で電気を勉強しているものです。

漏電遮断器の原理がいまいちよく分かりません。

特に接地(アース)していないと漏電遮断器が働かないという根拠が分かりません

電気に詳しい方、教えていただけませんか?

Aベストアンサー

一般の家庭用の100vや200vの電気は電力会社から高圧(一般家庭近くでは6,600v)で送られてきて、電信柱の上のトランスで、100vや200vに落とされて家庭に配られますが、この柱上トランスの100vの片線と200vの中性線が故障のときの安全のために地中にアース線としてつながっています。電流は電子の移動なので、必ず出て行った分と同じだけ戻ってきます。もしこれが違っていたときは電流がどこかに漏れていることになるので、この差を検出して電流を遮断するのが漏電遮断器です。まず漏電の状態を考えてみますと、電気が流れている電気製品で、電線の被服が破損して電気製品のボディーに接触したとします。この時破損した側の電線がアース側なら電位が同じなので何も起きません。また反対側でも電気製品のボディーが完全にゴムか何かの絶縁体の上に乗っていれば漏れ電流が流れないので漏電遮断機は働きません、あくまで遮断器のところを通る電流の差が規定値(50mA程度)を超えた場合のみ働きますから。ここでこの電気製品のボディーを地面に接触(アース)させると電流がボディーからトランスのアース側へと流れて漏電遮断機に流れるプラスマイナスの電流値に差が出て漏電遮断機が働くことになります。つまりこの意味で、アースしていないと漏電遮断機が働かないのであって、漏電遮断機そのものをアースする必要は全くなくまたそんな端子もありません。

一般の家庭用の100vや200vの電気は電力会社から高圧(一般家庭近くでは6,600v)で送られてきて、電信柱の上のトランスで、100vや200vに落とされて家庭に配られますが、この柱上トランスの100vの片線と200vの中性線が故障のときの安全のために地中にアース線としてつながっています。電流は電子の移動なので、必ず出て行った分と同じだけ戻ってきます。もしこれが違っていたときは電流がどこかに漏れていることになるので、この差を検出して電流を遮断するのが漏電遮断器です。まず漏電の状態を考えてみますと...続きを読む

Q短絡と開放とは?

電子回路を勉強していたのですが、教科書で
短絡や開放という言葉が使われていました。
これはどういう意味なのでしょうか?

なんとなく自分で考えた結論ですが



短絡(ショート)
導線と導線が接続されてしまうこと

開放(オープン)
接続されていた導線と導線が隔絶されてしまうこと



これで考えとしては合ってるのでしょうか?

Aベストアンサー

オープンはおおむねよいと思いますが、短絡(=ショート)はちょっとニュアンスが違うような気がします。説明文のように回路を閉じるという場合はクローズと言っています。クローズのことは短絡とはいいませんが。

短絡(ショート)はどちらかというとほぼ無負荷(抵抗値がきわめて低い)で電源へ繋がるような回路の状態、、、といえばいいのでしょうか。基本的によくないこととして認識しています。(過大電流が流れ異常発熱などを引き起こす)

 オームの法則でRを0にして電流値を計算すると無限大になります。その状態に近いことになると思ってください。)

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

Q抵抗のショート

内部抵抗がrで起電力Eの電池の回路の途中に、抵抗値Rと電気容量Cのコンデンサーを並列にして繋ぎます。また、コンデンサの電池負極側を、接地してあります。
字では伝わらないと思うので、絵を見てください。

最初スイッチS1は開いてあって、十分時間が経った後にスイッチS1を閉じます。
この直後にコンデンサーに流れる電流はいくらか、という問題なのです。
解説では、「直後のコンデンサーは1本の導線に置き換えて考えることが出来る」とあるのですが、
コンデンサ間では電子はやりとりできませんよね?何故導線に置き換えられるのですか?

また、そう考えると抵抗Rはショートされ、抵抗には電流が流れない、とあるのですが、
ショートするってどういうことですか?何故抵抗に電流が流れないのでしょうか。

スイッチS1を閉じる前に「十分時間が経った後」とありますが、閉じる前の回路には電池が無いと思うのですが、何故時間が経つのを待つのでしょうか?

回答お願いします。

Aベストアンサー

>「直後のコンデンサーは1本の導線に置き換えて考えることが出来る」とあるのですが、
> 何故導線に置き換えられるのですか?
コンデンサに初め電荷がないので,コンデンサの極板間の電圧は0です。
電圧が0だということは,回路としては導線でつないであるのと同じだ,と考える事ができます。
時間がたてばコンデンサに電荷が溜まってくるので,電圧は0でなくなり,
導線でつないであるのとは違ってきます。
あくまでも「スイッチを入れた直後,コンデンサの電圧が0である瞬間」の話です。

> また、そう考えると抵抗Rはショートされ、抵抗には電流が流れない、とあるのですが、
> ショートするってどういうことですか?何故抵抗に電流が流れないのでしょうか。
ショートとは,抵抗が0の(または,とても抵抗が低い)導体でつなぐこと,
その結果,電圧が0になる事を意味します。
抵抗Rを持つ抵抗器の両端をショートすると,
抵抗Rの両端の電圧がV=0なので,抵抗Rに流れる電流はオームの法則I=V/RからI=0となります。
(抵抗0の導線の方が電流は流れやすいので,電流は全部そっちに流れてゆき,
通りにくい抵抗Rは通りません)

> スイッチS1を閉じる前に「十分時間が経った後」とありますが、
> 閉じる前の回路には電池が無いと思うのですが、何故時間が経つのを待つのでしょうか?
コンデンサに電荷が溜まっていないことを保証するためです。
1回実験すると,コンデンサに電荷が溜まります。2回目を実験するなら,
スイッチをOFFにして,しばらく待って電荷を放電させてからやってね,
という意味です。

>「直後のコンデンサーは1本の導線に置き換えて考えることが出来る」とあるのですが、
> 何故導線に置き換えられるのですか?
コンデンサに初め電荷がないので,コンデンサの極板間の電圧は0です。
電圧が0だということは,回路としては導線でつないであるのと同じだ,と考える事ができます。
時間がたてばコンデンサに電荷が溜まってくるので,電圧は0でなくなり,
導線でつないであるのとは違ってきます。
あくまでも「スイッチを入れた直後,コンデンサの電圧が0である瞬間」の話です。

> また、そう考えると...続きを読む

Q負荷?無負荷?

負荷状態、無負荷状態という言葉に混乱しています。

負荷状態→抵抗がある状態
無負荷状態→抵抗が0である状態
ということなのでしょうか?

あと、短絡というのは無負荷と同義でしょうか?

頭の中がこんがらがっています(>_<)

どなたか教えてください!

Aベストアンサー

まずアドバイスですが、具体的にどのような回路、装置についてこの質問をされたのかを明確にしたほうが適切な回答が得られると思います。

抵抗、短絡と言う言葉があるので電気回路と考えて回答します。
基本的な考え方は機械系でも同じですが。
外部に対してエネルギーを供給できる電源:電池、発電機、トランジスター回路、直流電源等(機械系の場合はエンジンやモータ等の動力源)を考えます。
負荷状態とは電源に負荷(=電球等)が接続されて(負荷が接続されているといいます)電流が流れて電源から負荷(=電球等)にエネルギーが供給されている状態です。
無負荷状態とは電源スイッチがOFFされていて電源に負荷(=電球等)が接続されておらず(オープン状態)電流が流れず電源から負荷(=電球等)にエネルギーが供給されていない状態です。
無負荷状態は別の言い方をすると抵抗値無限大の負荷が接続されていることになります。
短絡と言うのはこれと逆に電源に抵抗値ゼロの(ゼロに近い)負荷が接続された状態(俗にショートと呼ぶ)で通常は短絡電流と呼ばれる大電流が流れて配線が焼けることもあります。
この事故を防ぐために配線用遮断器(ブレーカ)やヒューズを設置します。
また、電源には負荷に無理なくエネルギーを供給できる定格出力と呼ばれるエネルギー供給能力があり、定格出力となる負荷を定格負荷、定格負荷時の電流を定格電流と呼びます。

まずアドバイスですが、具体的にどのような回路、装置についてこの質問をされたのかを明確にしたほうが適切な回答が得られると思います。

抵抗、短絡と言う言葉があるので電気回路と考えて回答します。
基本的な考え方は機械系でも同じですが。
外部に対してエネルギーを供給できる電源:電池、発電機、トランジスター回路、直流電源等(機械系の場合はエンジンやモータ等の動力源)を考えます。
負荷状態とは電源に負荷(=電球等)が接続されて(負荷が接続されているといいます)電流が流れて電源から負...続きを読む

Q回路に電流が流れないのはなぜか?

すいません、下記サイトの第2問の問3番の解説を読んでいただけませんか。
わからなくて困っています。
そこの記述で、

「題意より、回路図は右図(上)のようになる。但し、
導線は等電位なので、中央にある上下の2つの抵
抗には電流が流れない。(V = RI より電位差がなけ
れば電流は流れず、抵抗としての機能をしない)」

とあるのですが、分かりません。
記述のとなりにあります図だけ見ていただきたいのですが、
なぜあのような抵抗の回路では、中央上下ふたつの抵抗には
電流がながれないのですか。「等電位」というのに気付きません。
お願いします。

http://www.ftext.org/center/phys1_2008_ver1.pdf

Aベストアンサー

解説は上下の抵抗の左右に電位差が無い事を理由に電流が流れない事を説明しております。(電位差が有って初めて電流が流れるので)

電位差が無い説明は他の方の説明を見れば判ると思いますが一応参考までに説明します。
「同一の銅線上の電位差は0V」
(例:回路図において、左上の抵抗右の導線と、中上の抵抗左の間の導線には電位差が無い)
なので、抵抗を挟まない導線は全て同電位。
したがって、中上の抵抗の左右、中下の抵抗の左右共に同電位となり、中の上下の抵抗には電流が流れないと言えます。


別の説明です。(オームの法則より)

2Ωの抵抗と4Ωの抵抗が並列回路で並んでた場合は、オームの法則より2Ωの抵抗に2倍の電流が流れます。
4Ωと1Ωだった場合は1Ωに4倍の電流が流れます。
この事から
:並列回路において、流れる電流は抵抗に反比例する。

これを踏まえて、解説図の中は上下に抵抗が有り、真ん中が抵抗がない(0Ω)状態です。

この様な場合、並列回路の特性を当てじゃめると、流れる電流は「上R/銅線の抵抗」になり、問題の理論上導線の抵抗は0Ωなので、導線に流れる電流は抵抗と比較すると∞倍(無限大)の電流になります。(下Rに付いても一緒)

これを満たすケースは「抵抗に電流が流れない」しか無いので、抵抗を無い物として扱う事が出来、真ん中の図の様な回路に置き換えられます。

解説は上下の抵抗の左右に電位差が無い事を理由に電流が流れない事を説明しております。(電位差が有って初めて電流が流れるので)

電位差が無い説明は他の方の説明を見れば判ると思いますが一応参考までに説明します。
「同一の銅線上の電位差は0V」
(例:回路図において、左上の抵抗右の導線と、中上の抵抗左の間の導線には電位差が無い)
なので、抵抗を挟まない導線は全て同電位。
したがって、中上の抵抗の左右、中下の抵抗の左右共に同電位となり、中の上下の抵抗には電流が流れないと言えます。
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