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再び電力量の話しと変換効率

 電気で使う単位は一般社会と関わりがある??の項で説明したように、電気料金は 1kWh (=1000Wh)単位で請求される。
 各種の電気機器で消費電力の全てが有効に別のエネルギーとして変換されて活用されているかというと、実はかなりの電気機器で「NO」である。

電力 ― 自由電子が行う仕事の能力

 私達は、電気を光エネルギーに変換して照明機器に利用したり、熱エネルギーに変換して暖房機器に使ったり、動力エネルギーに変換して、掃除機やモーターなどの機器に使ったり、ラジオやテレビジョン受像機、パソコンなどの情報通信機器に利用して情報収集・情報交換に使ったりしている。
 この過程で、これらの機器は所定の機能を果たすのと引き換えに「消費電力」を発生する。
 仕事の効率自体はどうであれ、電気が仕事をすれば、必ず「消費電力」が発生する。
 

 電気抵抗で、もうひとつ重要なものに抵抗率という単位がある。
 同じ断面積 1mm2 、長さ1m の導線でも材質によって電気抵抗値が大きく違ってくる:
img2_09.gif
同じ形状であっても、金は少し電気抵抗が大きく、鉄は銀の6倍程度の電気抵抗を持つ。鉄は意外にも金属の中では電気を通しにくい方である。

どの材質でも断面積が2倍になれば、電気抵抗が半分になり、長さが2倍になれば、電気抵抗は2倍になる。

電気機器には、銅の電線が多く使われるが、それは入手のし易さ(コスト)と、電気抵抗の低さにある。
銀は金属でも最も電気抵抗が低いが、銀の電線が無いのは、価格が銅電線の数10倍以上にもなるためである。

 自由電子の移動には電圧も必要だが、通路が必要不可欠である。
 前項で、自由電子の通路に一般的には銅線・スズメッキ線・ハンダなどの金属線が用いられていることを述べたが、これらは自由電子を流しやすい性質があるからである。

電圧 ― 一定方向に自由電子の流れる勢い

 自由電子が電流として移動するためには、外部からエネルギーを貰って且つ移動する環境が整わないと、移動しない。
 移動する環境が整う条件としては、
 1)プラスの電気を示す原子がある
 2)その原子へ自由電子が移動する手段がある

 の2点。
 1)については、最も身近なものとして、乾電池と静電気は原子が持つ電磁気力が要因の物理現象の項で説明した静電気がある。
 2)については、金属が主にその役目であり、一般的には銅線・スズメッキ線・ハンダなどが用いられている。

電流 ― 自由電子の流れる量

ここまで再三、人間は「自由電子の移動」を「電気が流れる」「電流が流れる」と言っていることを述べているとおりで、自由電子が流れる量と言って差し支えない。

 電気で使う単位は一般社会と関わりがある??の項で、電力会社は、kWh(キロワット・アワー)という単位で、使った電気量を表し、それに従って料金を請求すると述べた。
kWh (キロワット・アワー)は、実は、電力と時間を掛け合わせたものである。便利な単位ではあるが、電気の特性を表現する単位では無い。

電気の世界は小宇宙の物理という項で、人間は「自由電子の移動」を「電気が流れる」「電流が流れる」と言っていると述べた。「自由電子」は、原子核から離れて自由の身になった電子であるから、マイナスの電気を持っている。

なので、電気の流れは本来「マイナス極からプラス極」である。

 前項で、布切れで琥珀やプラスチックを擦ると、その熱エネルギーで琥珀やプラスチックがマイナスに帯電することを述べた。これはいわゆる「静電気」である。

 プラスチック製の下敷きを布などで擦って、頭の上に持っていくと、髪の毛が下敷きの方に吸い寄せられて上に立ってしまう現象を楽しんだ(?)ことがある方々も多いと思う。

電気の世界は小宇宙の物理現象-2

原子は、大きく見ればプラスの電気を持つ原子核とマイナスの電気を持つ電子で構成されており、原子核には通常、電子と同じ数の陽子と中性子があると言われている。また、原子には大きく4つの性質があり、それぞれが作用して各種の自然現象を引き起こすのである。
 原子が電気に関係する性質は、まさに4つの性質のうちの1つである「電磁気力」である。
 原子の電磁気力は、主に最外周を回転する電子の挙動が引き起こす。

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