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なぜ電流は抵抗に反比例するのですか?

水の流れなどの比喩なしで説明お願い致します。

質問者からの補足コメント

  • みなさんのご協力のもと自分で納得することが出来ました!感謝しきれません。ありがとうございました!

      補足日時:2016/04/18 19:57

A 回答 (15件中1~10件)

最近よくお会いします。


あなた様は根本を理解したいらしいですが、この根本はいつも「そうなるから仕方が無い」
になることが多くがっかりされるでしょう。
これもそうなりそうですが、水の話しなどどうでも良いので電位、抵抗、電流の話しをいたします。
電流は一応導体の直径を前提としますが、それが無いといつも幾らでも通るになってしまいますので
仕方がありません。この時当たり前な電流の定義が一定時間・通常秒に導体の断面を通過する電子の
数になります。電位はマクロには二つの異なる末端電位ですが、電子から見ると導体内部の電場に
なります。通常導電体特に金属の場合内部に電場はありません、外部電場につれて増減するのは、
末端にある電荷だけです、でもそれでは困るのです、実際は見かけですが両端の電位が変わると、
電子は光速を超えて運動する事になります。もちろん既に見かけだと申しましたが、電子の運動は
トロいのです、ですが電流だけ見ると超光速で通過していく事に変わりはありません、でも
イヤラシイので「お前は準光速で異動することにしろ」になっています。見かけは忘れて
トロい電子に戻ります、導電体・金属中に電場は無い筈ですが、電子が低い電位から高い電位へ
移動していくのもイヤラシイので電場はある事にしましょう、すると静電ポテンシャルと全く同じ
ですから真空中同様電子は電位差の函数の速度を持ちます。ここまでは導体を金属としてきましたが
それは理想的な場合です、実在の金属は完全な導体ではありません、そこで出て来るのが抵抗です
抵抗を定義します、つまり電流の速度が低下する事象を抵抗と「定義」し、電子・空孔の移動速度
の実数で理想的な速度を除したもの、とします。
がっかりするでしょう。なお電磁波が虚数部分を含むように抵抗にも虚数部分があり、それを含めて
インピーダンスと呼びます。
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この回答へのお礼

詳しい回答本当に助かります!
わからないことがあったのでお聞きします。
電子は光速を超えて運動することになるとはどういうことですか?
電場が存在するのですか?
電子は電位差の函数の速度をもつとはどういうことですか?
電流の速さと電子の速さは同じ意味ではないのですか?

お礼日時:2016/04/17 20:51

>水の流れなどの比喩なしで説明お願い致します。


 この時点で、理解から遠のく・・水の流れでいくらでも正しく説明できるはずですよ。

 一連のお礼を身ませていただくと、そもそも水流モデル自体理解していない。
>電子を抵抗となる物質中の電子がある程度跳ね返すからという仮説を立てましたがどうにもうまくいきそうにないです。
 水流モデルで電子(水分子)の動きなんて考えませんよ。
 水がいっぱい詰まったホースに蛇口をつないでコックを開けると、ホースの端から水がすぐ出てきますが、水がホースの中を走っていきますか???(^^)。何かにぶつかりますか・・
 水流モデルでは、抵抗は発電機の水車に例えますが、水車に仕事をたくさんさせようとしたら、高い圧力をかけて回さなくてはなりません。その時水車に流れる水量は増えます。
>電流は抵抗に反比例するのですか?
 流れにくい水車だと水は流れない。これはある意味くだらない質問じゃないかと
抵抗(Resistance)とは、流れにくさの指標です。流れにくさが高くなれば流れにくくなる。(^^)

 そもそも、電流と電子は直接関係ない!!
 ホースが運ぶ水流と、水分子は関係ない。2mmの電線に1A流したって電子は一秒に数ミリしか移動しませんよ。ホースの蛇口ひねって赤水がでたって、ホースの中にきれいな水が入っていたら出てくるのはきれいな水・・ゆっくりホースの中を進んでいって、やがて先からも赤水で始めるけど・・

 電流とはある断面を超えて移動する電荷のこと、電子だろうがイオンだろうがプロトンだろうがプラズマだろうがアルファ線だろうが電荷は運べる==すなわち電流の担い手になれる。それなのに電子だけに執着するのはおかしいです。

 電気の説明で水流モデルはとても優れた手法です。見えない電気を実感を伴って知っている水流に置き換えるのですからね。そのためには「実感を伴って知っている水流」を知らなきゃ意味ない。ホースに水を流した経験がなければ無理・・
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No13です。



>これから先、量子、素粒子など勉強していくつもりですがまだまだ忙しくて手が回っておりません。不甲斐ないです。

がんばってください。

>ところでですが、マクロとミクロはなぜ混同してはいけないのですか?

マクロとは、ミクロの現象を無視して、俯瞰的に全体を捉えることだからです。ミクロの現象がわからなくても、マクロの現象の法則はつかめます。いやむしろ、ミクロの現象をむしするからこそ、マクロの傾向はわかる。

オームの法則は、まさにミクロを無視して、電流と電圧の関係を抵抗で定義した。当時は、電流の仕組みもよくわかっていなかったしね。また、仕組みがわかった現在でも、実は、ミクロを積み上げて、正確にマクロの現象を説明するのは、最難関の問題です。なので、端折って理解しようとするのは、正直甘い。マクロはマクロで考えることが重要でだし、ミクロが知りたいなら、勉強するか、例示で我慢する。 

>>>ミクロを理解する実力がないのに、例示は拒否、マクロの話は無視・・・それは、あたらしいことを理解する道を閉ざしているわけです。

別の例ですが、

値段を5%上げると、客が3%減る・・・などは、価格弾力性といいますが、経験値を積み重ねると、代替の予想が出来るようになる。それはマクロな考え方ですね。
そのとき、なぜ、値段を上げると、客が3%減るのかを考えるのがミクロです。

5%あがると、
・ ある人は、値頃感がない。
・ ある人は、漠然と高いと思う。
・ ライバルの商品と比較されやすくなる。
・ でも、まだ安いから、年収がXXの人は買い続ける

など、個々人の行動を追うことは論理的には可能ですが、現実には全てをモデル化し行動を予測は絶対に出来ない。積み上げて正確な理解をするより、マクロで捉えたほうが、正しいし実用的なのです。なので、問題や課題がなんであれ、マクロはマクロとして、ミクロはミクロとして考えを整理し、マクロと、ミクロのつながりは、ゆるやかに考える(完全なモデル化が出来る場合を除いて)のがコツだということです。
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この回答へのお礼

なるほど!
今のうちはマクロにとどめておくのが最善ですね。
余裕が出来てからミクロでマクロを説明した方が良さそうですね。

お礼日時:2016/04/17 22:49

No11 です。



>反比例は当たり前と言いますが、その当たり前の現象がなぜ起きるのかを聞いているのです。
はい。だとすれば、マクロな質問と誤解される表現はやめることですね。

>僕の考えだと電子を抵抗となる物質中の電子がある程度跳ね返すからという仮説を立てましたがどうにもうまくいきそうにないです。
浅はか極まりない。100年前の、想像のお話ですので。もっと勉強しましょう。

>説明する手段がないとかそんなことを聞いているのではありません。アインシュタインも言っているように6歳の子供に説明出来ないようでは理解したとは言えないでしょう。

アインシュタインは、尊敬していますが、あくまで古典論の集大成を作った人です。量子論は、アインシュタインをしても、最後までで理解出来なかった?したくなかった内容なので、古典的物質の概念や、位置も速さも、計算すれば全て詳細に把握出来るのだ・・・的考えをあらためると、いろんなものが見えてくると思います。・・・・と言いたかっただけです。

ひとまず、原子1つでいいので、量子論が、現象をどう捉えているのか? 量子化とはなにか?電子は波か?物質化?光は波か?物質か?などと向き合って、その上で、金属などの導体や、半導体、絶縁体を考えていけば、自然と疑問が解消されると思います。

それから、マクロとミクロこれは別々に考える。科学でも、経済学でも、ビジネスでも、すべて同じです。
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この回答へのお礼

これから先、量子、素粒子など勉強していくつもりですがまだまだ忙しくて手が回っておりません。不甲斐ないです。

ところでですが、マクロとミクロはなぜ混同してはいけないのですか?

お礼日時:2016/04/17 22:03

電子は光速を超えて運動する様に見えて、いかにも不都合だと言うだけで、そんな事は起きません。


電子の速度と電流の速度は真空中でのみ一致します、導体中での電子は既に書いた様にあっちや
こっちにぶつかってその度に熱を出しています、フェルミレベルにある電子の集合体の見かけの
速度だけがマクロには測定可能で、光速に近い。
アインシュタインの言葉ですが、あれは自分に対して言った警句で、彼自身六歳の子供に説明した
ことはありませんし、理解出来る子供も居ないでしょう、頭の良い子供なら余計に波動と粒子の
二重性に激突し二度と物理の本を開かないでしょう。彼の言葉の後ろには彼やシュレーディンガー
が強く反発した、コペンハーゲン学派の量子論の確率解釈と彼がこだわった隠れた実在という
科学哲学があります。現在のパラダイムから見ると、シュレーディンガーの猫はミクロとマクロの
強引な牽強付会と観測者問題の無視の上に立っています。
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回答とのやりとりを見てると、噛み合いませんね。

それは、質問というか、あなたの疑問が、ミクロの現象と、マクロの現象を、ごっちゃにしているからです。

・ 電流が抵抗に反比例(電圧が一定なら)というのは、マクロの現象です。一定の電圧をかけたとき、どれだけの電流がながれるのかで、抵抗を定義したのですから、反比例は当たり前です。

・ 一方、水に例えるな・・・とか、電子が跳ね返される云々は、ミクロの話です。それは、知りたいミクロレベルによって、量子力学や、電磁気学など、いろいろな知識が必要です。
  水に例えるなのいいながら、電子を、古典的な粒子と位置づけながら質問している時点で、もう説明する手段がありません。量子力学を勉強すれば、それがわかると思います。
  その知識がないなら、比喩で理解するしかないと感じます。
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この回答へのお礼

反比例は当たり前と言いますが、その当たり前の現象がなぜ起きるのかを聞いているのです。
僕の考えだと電子を抵抗となる物質中の電子がある程度跳ね返すからという仮説を立てましたがどうにもうまくいきそうにないです。
説明する手段がないとかそんなことを聞いているのではありません。アインシュタインも言っているように6歳の子供に説明出来ないようでは理解したとは言えないでしょう。

お礼日時:2016/04/17 21:26

もし抵抗(値)に関係なく、おなじ電流が流れるとしたら、抵抗とは一体何か?ということになります。

抵抗が増えると電流も増える(比例)としたら、果たしてソレは”抵抗”と呼ぶべきものなのか疑問を抱きます。

我々は、この世が”そうなっている”という法則を見つけて、それに名前を付けているにすぎません。
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この回答へのお礼

現象に基づいているのはわかっていますがそれを解明しなくてはなりません。

お礼日時:2016/04/17 21:15

電流の流れにくさの指標だから

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おかしな連続投稿になりましてすみません。


>滝は水を少なめに流そうなんていう意志が働くわけがないからです。
 意志ではありません、圧力です。一定の圧力つまり電圧下において、電気を通しやすいものと通しづらい物体があります。
鉄や銅は通しやくす抵抗値はとても小さいです。ニッケルクロムなどは抵抗値が大きく、木材などは更に大きくなります。
物質によって、さまざまな抵抗値を持つ物質があります。
 滝が好きなようなので、その例えに乗りますと、滝の落ち口を板でふさいで、そこに小さな穴をあけると、落ちる水の量は減ります。
穴の大きさを大きくすればそれだけ落ちる水の量は増えます。ただ、上流が湖でなく川のようにそれにお構いなしに上から水が注ぎ込まれれば
上流は水であふれます。電池ではそれが起きません。電力会社からの電気も同じです。水道のじゃ口と同じと考えて下さい。
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>テトラポットにしても、抵抗により電流が減少する説明にはなりません。


 どうしてですか?絶縁体に近い物質を電線の間において、電子の流れを阻害するのが抵抗なんですけど。
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