高校物理 電流を水流と捉えることによって生じうる誤解は存在するか？

大学入試レベル（阪大とか）の電気回路の問題にて、電流を水の流れとして捉えることによって、誤った理解が生じて、問題が解けなくなったりすることってあるでしょうか？それとも、電流を水流として捉えていても、問題を解く際に、さしあたり問題はないでしょうか？
ご回答宜しくお願いします！

No.3 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2017/08/16 10:37

「水流」では「流速」（流れの速さ）というものがありますが、これが「電流」には対応するものがありません。

「電流」は「流量 = 流速 × 流路の断面積」ですから。
従って、電気抵抗という考え方を、水流のたとえでは的確に表現できません。

また、「水流」はあくまで「直流」であって、「交流」に対しては手も足も出ません。
「電力」という概念も「水流」では説明できません。

「水流」のたとえは、中学生、もしくは文系高校生向け（シロウト向け）の説明であって、理系、特に「阪大とか」のレベルを目指すのなら、正しい電気の理解をすべきです。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます！確かに水流で考えるのには限界がありそうですね。
一つ質問したいのですが、電気を正しく理解するためにはどのように勉強したら良いと思いますか？教科書の説明や塾の授業でも、電流などを水流に見立てて解説することが多かったのですが、正しく電気を理解するツールが周りにない気がします。そもそも、電気を正しく理解しているとはどう言う状態でしょうか？それは回路方程式やエネルギー収支などを正しく表現できる状態を指しているのでしょうか？
お手数お掛け致しますが、ご回答宜しくお願い致します。

お礼日時：2017/08/18 00:50

No.6 回答者： shoppunihon 回答日時： 2017/08/20 18:29

水流で末端の使用負荷を高くしても途中の線（管が破裂）が燃えたりしませんのでこの説明をする時に不利かな。

管ではなく多く流れて水があふれるような川のようなもので説明したら、まぁまぁ出来ますね。

あくまでも、流れてきなイメージ説明にしか使えませんが。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/08/16 12:48

そう問題はないでしょう。

電流は電荷の流れだし、電荷密度は
物質の陽子の密度に強く縛られるので、電流はほぼ
非圧縮流体のように振る舞います。

キルヒホッフとかまるで無視した質問や補足をよくみるけど、
そういう人には有用なイメージだと思います。

No.4 回答者： lupan344 回答日時： 2017/08/16 10:52

こういうアナロジーは、いろいろな流れに使われる場合があります。

ただし、抵抗に関しては、通常はインピーダンス（入力と出力の割合）として表現されます。
熱流とかもアナロジーとして、温度勾配、熱流、熱インピーダンスとして、オームの法則とアナロジーで説明される場合もあります。
水流も、水圧（落差）、流量、水路抵抗（インピーダンス）として、オームの法則のアナロジーで説明できますが、それ以外の電磁誘導などの現象は、アナロジーとなる概念は無いでしょう。
あくまで、エネルギー勾配、エネルギー移動、エネルギーインピーダンスの関係で考える場合は、オームの法則と類似の関係式が成り立つと言うだけですね。
これは、現象の解釈に対する考え方の問題です。

No.2 回答者： mapascal 回答日時： 2017/08/16 10:36

交流回路でのコイルやコンデンサーの働きは、水流では理解できないでしょうね。

No.1 回答者： fxq11011 回答日時： 2017/08/16 10:28

電気は、電流だけ単独で変化があり得ません、電圧＝抵抗×電流、の関係で、どれかの値が変われば、即他のいずれかに影響が出ます。

以前、抵抗は電圧に影響しないのか？、の質問、うえの式では無関係ではありませんが、電圧は電流が流れない状態で計測できます、つまり抵抗を介して、回路を接続しないままの開放電圧は変わりませんね、なぜか？。
本人は電圧＝落差、落差の内容は高さの○ｍだけなんですが、落差を流れる水流を同時に頭にうかべたのでしょうね。
電池は水タンクに例えると、水を流せば、水面（電圧）が下がります、電池は電流流しても電圧下がりません。