電圧、または電位について

電圧あるいは電位とは、「ある抵抗にどれくらい電流を流せるか」という解釈であってますか？
また、回路があった時には「抵抗が電子を電池側に押し出す力」と「電池が抵抗側に電子を押し出す力」がつりあった状態ですよね？

質問者からの補足コメント

• 抵抗に電子が行った時に、抵抗の中の電子に跳ね返されて電池にもどる。
  
  つまり最初の方は電子がどんどん抵抗に向かっていくが、抵抗の中にある量が増えるにつれて返ってくる量が増えるので、見た目の向かっていく量が増えなくなるところに達する。
  どうですか？

    補足日時：2016/04/17 17:28

No.10 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/18 07:25

>電子が電子からはぎとられるということでしょうか

電子からエネルギーが原子に移るということです。

電子は電場によってドリフトが発生するとわずかに
平均エネルギーが増えます。これは原子との衝突(熱撹乱)
で統計的には(平均的には)電子から原子へ移動してゆきます。

熱いものから冷たいものへ熱が伝わるのと同じことです。

No.9 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/17 21:21

>計的には電場からもらったエネルギーをはぎ取られる

>というのは抵抗からはぎ取られるのでしょうか？
電子からです。

>また統計的とはどのようなことですか？
個々の電子の動きは複雑でランダムなんです。多くの電子の
集団としての動きがそうなるという意味で、統計力学で分析しないと
判りません。

>電場とは電池のことですか
電池の両極には電位差があるわけですから、抵抗の中には
電場がないといけません。

うーん、電磁気学の基礎を勉強してくださいね。でないと
先に進むのは難しいです。

>オームの法則の出来かたも知りたいです。

それは多分まともに勉強すると数年かかります。
電磁気学、統計力学、固体物理、物理数学・・・

とりあえず、教科書の内容をそのまま受け入れたほうがよいですよ。
発見者も理屈をしっていたわけではありません。
それでも十分役に立ちます。

電気系の学生でも物理の単位を取らなければ
多分詳しくはやりません。機械的に覚えて終わりです。

この回答へのお礼

本当にしつこくてごめんなさい。電子が電子からはぎとられるということでしょうか？

そうですか。学校の先生とも相談してみます。

お礼日時：2016/04/17 21:30

No.8 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/17 20:45

>原子20～100個分飛ぶとはどういうことですか？

これはそのままの意味。距離にして平均で数nm~10 nm くらい
飛びます。で、ぶつかる。すると、統計的には
電場から貰ったエネルギーがはぎ取られて
元の温度で決まるランダム速度に戻ってしまいます。

>ドリフト
沢山の電子の平均速度のこと。普通 1 mm/s 以下。
かたつむりくらいの速度です。
個々の電子の速度はメチャ速いですが、ランダムなので
平均をとると全体としてはムチャクチャ遅いのです。

この2つの速度の極端な速度差がオームの法則を
生むのですが、物性物理とかを深くやらない限り知る
必要はないですね。

この回答へのお礼

統計的には電場からもらったエネルギーをはぎ取られる
というのは抵抗からはぎ取られるのでしょうか？また統計的とはどのようなことですか？電場とは電池のことですか？もう少し詳しくおしえていただけないでしょうか？
オームの法則の出来かたも知りたいです。

お礼日時：2016/04/17 20:56

No.7 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/17 19:43

じゃ思いっきり定性的に。

また話を金属に限ります。
半導体や絶縁体などでは全く話が変わってくるので。

電子は金属の中で超高速（音速の数千倍）で運動し、
原子２０～100個分飛ぶと原子に衝突します。
この衝突で原子はエネルギーを電子と交換し、
統計的には電子が余分なエネルギーを持つと原子が吸収します。

金属に電場がかかると、電子は電場に引っ張られて
電場方向にわずかに加速されますが、衝突が起きると再びランダムな
速度に戻ります。このため電子の全体としてのドリフトの
度合いは原子の熱運動によるかく乱で制限されます。
＃ドリフトがリセットされてしまう。
これが電流を制限するわけで、金属ではドリフト量は
電場にほぼ「比例」することが分かってます。
＃数学的にも面倒ですが示せます。
ここからオームの法則が導かれます。

熱運動によるかく乱の度合いは、種に、金属原子がどのくらい
「混んで」いるかで決まります。これが抵抗ですね。
また温度が高くなると電子の運動速度があがるため、熱かく乱の
度合いが増え、結果電流が流れにくくなります。

抵抗を E・(1/R)=I の R と決めたので(1/Rは比例の比例定数)、
電流は R に反比例します。

この回答へのお礼

重ねての回答ほんとうに感謝しています！またしつこく質問してごめんなさい。
原子20～100個分飛ぶとはどういうことですか？
ドリフトについても簡単で良いので説明いただけないでしょうか？

お礼日時：2016/04/17 19:56

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/17 18:46

>比例はともかく、電流が減少する理由だけでもせめてご教授ください！

電圧と電流の比例関係を示さないとオームの法則は成り立たず、
抵抗という概念も成り立ちません。

オームの法則が成り立てば、抵抗は単なる比例定数です。
最早それ以上の理屈は不要です。

>抵抗に電子が行った時に、抵抗の中の電子に跳ね返されて
>電池にもどる。

そんなに電子は飛ばないですね。

衝突から衝突までの距離は確かに 10nm (10万分のーミリ)くらい
原子数十～百個分くらいのはず。結構混んでます。

この回答へのお礼

電池に戻るというのは言い過ぎでした。
抵抗に向かう電子が抵抗の中の電子に反発されて、後ろ向きの力を加えられ、反発された電子はその一つ後ろの電子を反発し…という具合に、電子を減らすのではないかと

お礼日時：2016/04/17 18:54

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/17 17:05

>どのような原理で電流は抵抗に反比例するのでしょうか？

簡単には説明出来ないですね。
自由電子は単独では100km/sくらいの超高速で
飛び回ってますが、方向はランダムで、全体の平均速度(ドリフト)は
1mm/s 以下と遅い。電圧をかけるとドリフトがどう変化
するかを個々の高速で運動して衝突しまくっている電子の運動
から統計的に見積もらなきゃいけない。
結構めんどうなのですが、そこまでやらないと「比例」が出てこない。

ちょっとここで説明を展開する気力がないです。

この回答へのお礼

何度もありがとうございます！
比例はともかく、電流が減少する理由だけでもせめてご教授ください！

お礼日時：2016/04/17 17:10

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/17 15:16

>抵抗との圧力が無関係だとすると

無関係ではないですよ。
電流が流れるのを抵抗する力を「伝えて」ます。
電気的な反発は電流を決める「抵抗」ではないけど
抵抗カを電池にまで伝える役割はあります。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます！
どのような原理で電流は抵抗に反比例するのでしょうか？

お礼日時：2016/04/17 15:22

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/17 14:37

>電圧は電子を出す頻度という解釈はまちがえですか？

間違いです。

電圧とは電界から1Cの電荷が受け取るエネルギーです。
電圧1Vは1Cの電荷に1Jのエネルギーを与えます。

例えば1.5Vの電池の負極から正極へ電子が移動すると
1Cの電荷は1.5Jのエネルギーを電界から受け取ります。
このエネルギーは抵抗の中で電子から失なわれ
抵抗の熱に変わります。

この回答へのお礼

重ねてありがとうございます！
抵抗との圧力が無関係だとすると、どうして抵抗が大きいと電流が減るのですか？

お礼日時：2016/04/17 14:43

No.2 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/17 14:13

>電子が抵抗にそれ以上入ろうとすると反発する力を受けるのかなと

それだと電子は抵抗の両側から弾き出されるはず。片方向だけに
押し戻される理由はないですよね。
それに投入した電力が熱に変わるのを説明出来ません。

抵抗の中に余分に電子を押し込めることは出来ないのです。

抵抗とは、カ―ボン等の場合、電子が物質に衝突して
エネルギーを失なうことで生じます。
電界が電子に与えるエネルギーと電子が衝突で失うエネルギー
が釣り合うように電流が決まります。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます！
電圧は電子を出す頻度という解釈はまちがえですか？

お礼日時：2016/04/17 14:16

No.1 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/04/17 13:39

>「抵抗が電子を電池側に押し出す力」

「電子が流れるのに抵抗する力」かな。

この回答へのお礼

いえ、電子を押し出す力だと思っております。

抵抗の中は電子が集まっているので、電子が抵抗にそれ以上入ろうとすると反発する力を受けるのかなと、、

お礼日時：2016/04/17 13:42