〔理論001〕電荷、静電気、電流とは?

〔理論001〕電荷、静電気、電流とは?

(1)電荷と電気量

すべての物質は原子からできています。原子はその中心にある原子核の周囲を電子が回っており、電子は負(-)の電気を持っています。
原子核は陽子と中性子からなり、陽子は正(+)の電気を持っています。(図1 参照)
原子は、陽子がもつ正の電気量と電子がもつ負の電気量とは等しいので、電気的に中性です。
電気をもつ粒子(電子や陽子)のことを電荷(電気を荷っているもの)と呼び、電荷の量を電気量といいます。
電荷(電気量)の量記号には Qを、単位には〔C〕(クーロン)を用います。
※電子1個が持つ電気の量 e〔C〕は、e\fallingdotseq1.602\times10^{-19}〔C〕です。(電気素量といいます。)

(2)静電気

電荷が物体上で静止しているものを静電気といい、静電気は摩擦によって生じます。
例えば、プラスチックの下敷きで髪の毛をこすると、髪の毛の原子が持っていた電子が摩擦のよって引き離されて下敷きに移動し、下敷きは負の電荷を帯びます(-に帯電する)。
一方、電子が移動した後の髪の毛は正の電荷を帯びます(+に帯電する)。

これが静電気です(物体に帯電した電気はそのまま流れずに静止しているので、静電気という)。(+)と(-)の電荷同士は引き寄せあうため、負の電気を帯びた下敷きを毛髪から話すとき、毛髪が下敷きに吸いつけられます。

雷も静電気によって起こります。雷雲ができるときその内部では上昇気流によって氷の粒が激しくぶつかり合い、その摩擦によって静電気が発生します。そして、雲の下部にたまった負の電荷に地面にある正の電荷が引き寄せられ、ある時点で負の電荷が地面に放出(放電)されます。これが雷電です。

(3)電流

負の電荷を持つ電子が導体中を移動することが、電流が流れるということです。ただし、電子と電流の流れる向きは逆です。電子が負極から正極に向って、電流は正極から負極に向って流れます。(図2 参照)
これは、電子が発見される以前に「電流は正極(+)から負極(-)に向って流れる」と決められていたためで、電子が発見された以後もその決まりがそのまま残っているからです。電流の大きさは導体の断面を1秒間に通過する電荷の量(電気量)で表せれます。

電流の大きさを表す量記号はI、単位は〔A〕を用います。

ある導体の断面 t〔s〕(秒)間にQ〔C〕の電荷が通過したとすれば、電流の大きさ I〔A〕は、
\displaystyle I=\frac{Q}{t}  ≪電流〔A〕=電気量〔C〕÷時間〔s〕≫
1〔A〕の電流とは、導体の任意の断面を毎秒1〔C〕の電荷が移動しているということです。
1〔C〕の電気量とは、1秒間に1〔A〕の電流が運ばれる電荷の量です。
また、 e\fallingdotseq1.602\times10^{-19}〔C〕より、1〔C〕は6.24×1018個の電子を持つ電荷の量になります。
1.602\times10^{-19}〔C〕\times6.24\times10^{18}〔個〕=1〔C〕

電流 \displaystyle I=\frac{Q}{t}〔A〕より、
Q=It〔C〕  ≪電気量〔C〕=電流〔A〕×時間〔s〕≫
導体に1〔A〕の電流を流すと、その断面を1秒間に1〔C〕、すなわち6.24×1018個の電子が移動することになります。

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