初心者質問スレ　その12

自分は今高２生です。自分は中学時代電気を習い、
何も疑問を抱かずに「回路に電池をつなげば電流が流れる」と理解してきましたが、
高校で電位電界を理解していくうちに電気回路の矛盾のようなものに気づき混乱し、
行き詰まっています。ここにいる電気に詳しい方々に是非救済して頂きたいです。
自分の考えを書くので間違いを指摘してください。

（−電池＋）――――抵抗――――（−電池）
　Ａ　　Ｂ　Ｃ　　Ｄ　　Ｅ　　Ｆ　Ａ

↑の図は一周してると考えてください。

（自分の考え）
電池の性質によりＢ、Ａはそれぞれ＋、−に帯電しているので、Ｃ、Ｆはそれぞれ
−、＋、Ｄ、Ｅはそれぞれ＋、−に帯電する。ＢとＡの電荷によって作られる電界（右向き）は
ＣＤ間のＣとＤの電荷によって作られる左向きの電界によって打ち消される。同じようにＥＦ間では
ＥとＦの電荷によって作られる電界（左向き）に打ち消される。そしてＡとＢの電荷による電界の打ち消されて
ない部分（ＣＤ間）とＣとＤの電荷による電界（右向き）が重なって抵抗に電界をつくる。この電界によって
抵抗中の電子は抵抗内を移動できるが、抵抗を出ると電界はないため電子は移動できないと思う。
長くなってすみません。

帯電という言葉が混乱の原因じゃないか？
A〜Fまで電位順に並べてみてはどうだ？
電位差があると思う場合は“＞”で同じと思う場合は“＝”で書いてみ。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓

>>688
なんでA〜Fまであるねん?
A-B-C-D、E-F-Aは一緒やんか。

>>688
帯電と磁界にこだわり過ぎだな、Ａ点を基準に「電圧」と言う概念で考えてみなさい
すると「オームの法則」ですべてが、片付く
Ｃ−Ｄ　Ｅ−Ｆ　間は０Ωだな、帯電しているのは　Ａ−Ｂ間だけ
この回路で磁界は、ほとんど回路動作に影響を及ぼさない。

>>640
トラ儀のバックナンバーを調べると色々出ています。俺が覚えているのは、
アジレントのフォトカプラを使った製作例。同社のWebサイトにデータ
シートが掲載されており、応用回路も載っています。その他、トランスを
使ったモジュール、ICそのものでアイソレートしている物、各種発売されて
いるようです。ぐぐって見てください。

1998,10,リニア出力フォト・カプラの使い方,入出力特性のよい
アイソレーション・アンプを実現する,特設記事,p.309,14

>>691
まあそういうなよ。
Ωの法則とか切るひほっふの法則でかたがつくんだが、
じっさいどうなのか？と考え始めた若者を邪険にするんじゃない。
このへんはスレが立っているよ。まじめに考えると意外と難しい。

何で電気が流れるの？
http://science3.2ch.net/test/read.cgi/denki/1080571551/

>>688
ほらね、答えてくれたでしょ。
私の想像なんだが、君は箔検電器の実験と混同してるんじゃないかな？
回路を流れる電流と静電気は違うからね。

電子回路は「先ず理論ありき」であり、自分なりに「追試」をして
認識して行くものではないかな・・・・
今回の場合、電池の内部抵抗とか、抵抗の内部等価回路とか、
細かいファクターはあるものの、今回の回路はオームの法則のほうが
自然であり計算のみでも追試可能です
その後、細かいファクターに目を転じればよろしいのでは？

電位差がなければ電流は流れないんですよね。
抵抗の場合は分かるんですが、電線の場合は電流が無限大？
それとも電位差は要らない？
チンプンカンプンでつ。

>>696
電位差は必要ありません、実際には「微小」な電位差がありますが、
超伝導＝電位差０　の事例もあります。
要は閉された回路の中で、電位差があれば回路全体として、電流は流れます

>>695
いやだから、そういう既存の法則と、習いたての電位とかの概念が
整合しないから悩んでいるのだと思うけど。
まあ帯電の考え方が多小変なのは同意だけど。

>>696
ちょっとずれているが、これでいいか？
Ａ　電池(-)
Ｂ　電池(＋)
Ｃ　プラス側導線
Ｄ　抵抗(+側)
Ｅ　抵抗(-側)
Ｆ　マイナス側導線
Ａ　電池(-)

＞電池の性質によりＢ、Ａはそれぞれ＋、−に帯電しているので、
＞Ｃ、Ｆはそれぞれ −、＋、Ｄ、Ｅはそれぞれ＋、−に帯電する。
ここおかしいね。ＣとＦは導体なので、ここでは電位差は発生しない。
よってＢ〜Ｄ，Ｅ〜Ａはそれぞれ同じ電位になります。
　：
で、導線部Ｂ〜Ｄ，Ｅ〜Ａ内では電界がないってのはあなたの言うとおり
(理想的な導線なら)
暫定的な理解としては、抵抗が無いとみなした場合の話だから、
電位差がなくたって電子を減速するものはないので流れ続けることは
できると考えればいいだろうと思います。

回路を閉じた瞬間(たとえばＢＣ間にスイッチがある)を考えると、
最初すべてＡと同じ電位だったＣ〜Ｆ，Ａが、スイッチオンで
Ｂ→Ｃに電流が流れる(まあほんとは電子で考えるべきなんだけど
同じことなので）。するとＣのＢ側端は正電荷過剰で正に帯電、
結果Ｂ→Ｆ，Ａへ電流が流れ始める。一旦流れ始めたら完全導体の
性質により1箇所に電荷が偏ったままになることはなく、速やかに
電流として流れていく。流れ始めたら先にあげたとおり流れ続ける。

厳密には導線にも、電池にも抵抗があるのでちょっと違うのだけど、
この場合はＣ，Ｆも抵抗に置き換えて考えても結局同じことだということが
わかるでしょう。違うのは完全導体ではないので、オームの法則で
表される程度の、電流に比例した電位差が残るということ。

簡易的にはこんなところ。
もしもう少しはまってみたいなら先に紹介したスレへどうぞ。

朝から盛り上がってるな

実際はこうだから何の問題もない。

（−電池＋）――――（−抵抗＋）――――（−電池）
　Ａ　　　Ｂ　C　　　　Ｄ　Ｅ　　　 Ｆ　Ｇ　　　　Ｈ　Ａ
　−　　＋　−　　　 ＋　−　　 ＋　

たくさんのレス感謝ですー。記号がずれていて分かりにくくてすみません。っそれとちょっと追加
Ｂ：電池＋極　Ｃ：銅線（左端）　Ｄ：銅線（右端）　Ｅ：抵抗左端　Ｆ：抵抗右端　Ｇ：銅線左端
Ｈ：銅線右端　Ａ：電池−極
-に帯電（自由電子が多い状態）と+に帯電（正孔が多い状態）
>>698
なんか自分の疑問の正当性が認められたミタイでうれしいっす

この電荷の帯電の配置は正しいのでしょうか？また、その電荷によって
作られる電界はどうなるのでしょうか？
>>697
自分も最初この問題につまづいたとき、適当に電位差がなくてもながれることもある。みたい
な解釈で先に進んだのですが、ﾎｰｲｽﾄﾝﾌﾞﾘｯｼﾞや電位差計を学んでいると電位差が０に
なるとき、電流はながれないことを利用してるのでやっぱりおかしいなと・・・

やっぱり帯電というのがおかしいんですかね。帯電してるのは電池の＋極と−極だけだと
考えてもいいんでしょうか？それとも701さんの電荷配置が正しいのかな？

>>702
ちょっとまったく異なることを比較しているような。
川の流れで考えてみる。電圧は標高、電流は水流。
電位差がほぼゼロでも電流が流れる＝河のある点とその1cm下の間で水は流れ続ける
ブリッジなどの電位差ゼロ＝２つの河の同じ標高の点を水路で結んでも水は流れない
違いは、水流を止めてみるとわかる。
前者は水流を止めるとダムとなり高度差(電位差)を生じる。
後者は水流を止めた状態で高度差(電位差)がない。

>>701
ずれてるのかほんとうに変なのか････とにかくそれわけわからんぞ。

>>704
つまりﾌﾞﾘｯｼﾞでは電位差０で銅線部分は微小ながら電位差があるが無視していいということ？

　 　 ＿＿＿＿＿
電位　 　 　 　 　 ＼＿＿＿＿＿
　 　 　 　　 　 　 ↑
　 　 　 　　 　 　抵抗

電位差がゼロで電流が流れているんじゃなくて、電流が流れることで
電位差がゼロになってる。
だから、電線部分をちょん切るとちゃんと電位差がある。

>>703
正解。（最後の文を除く）

>>707
電流が流れて電位差が０になるというのはどういうことでしょうか？
>>708
では電池の＋極から−極にかけて電界が発生するということですか？

709の>>708訂正
では電池の両極の電荷によって回路全体に大きさ一定の電界ができるということですか？

707の図の様にね。

>>709
放っておいたら（線が切れていて、電子が動けなければ）
電位差が出来るところに電子が移動してくれるおかげで、
その分がキャンセルされる。

上の図でいけば、抵抗の所まで水平な樋、
抵抗のところが斜面、下がまた水平としても
水が流れる。
樋から抵抗のところで電流が流れる。そのままにしておくと
当然左端との間で高低差（電位差）が出来るけど、左から次々
に水（電流）が流れてくるから、高さ一定のまま保たれる。

>>712
電界と電荷ですが、乾電池に抵抗器を接続したモデルでは、
電池が電界を発生し、その電界に引き寄せられる形で電子（電荷）が移動します。
ちょうど、ポンプのような役割を果たします。あなたの考えの中に
「このモデルでは、電荷が移動している」としたことがありますか？
あなたの最初の質問である>>688を読むと、静電界の議論のように見えます。
例えば、乾電池とコンデンサが接続された回路です。このような回路であれば、
お考えのような論理展開でよいと思います。

>>713
電池が電界をつくる働きをし、回路の自由電子が斥力や引力によって動くということですよね。
これだと回路全体に電界がしょうじることになり、抵抗にかかる電圧と電池の起電力が等しくならなく
ないですか？それに銅線の部分も等電位にならないですよね？

>>712
なんか分かってきたような気がします。つまり電池の斥力によって＋電荷が抵抗のとこまで移動し、その電荷と最初の位置にあった−電荷
による電界が電池の電界を打ち消し、＋電荷は抵抗へと流れ、少し電界ができてまた斥力によって
＋電荷が抵抗まできてまた電界を形成し、打ち消す。を繰り返すということですか？
わかりにくくてすみません。

>>713
電子が移動するというのは、紛れもなくそこに電界が
あって、しかも電子が流れることが出来るパスがある
ということだから、たとえば、電線を切ればそこには
電位差ができるでしょ？
この状態では、両方の間で電界ができて、微少だけど
コンデンサが形成されてるから、片側が電子過多、
片方が電子欠乏状態。

そこをゼロΩでつなぐと何が起きるかっていうと、
電子がフリーパスで移動できるようになる。このとき両端の
電位差がなくなってしまうというのは、紛れもなく電子が移動
してくれていているおかげでしょ？

抵抗の両端に電位差がある以上は、抵抗体の中にも静的な
電界はできてる。コンデンサと違うのはそこに電子が流れる
ことができるパスがあるということだけど。


>>715
電池は>>713が言うようにポンプ
みたいなものなので、＋が移動すると、残ったところにすかさず＋を
詰め込もうとするような感じ。
詰めるんだけど、ゼロΩの部分は「のれんに腕押し」状態なので
ちっとも電位差ができないわけ。

―――――――――――――――――
　　　　――――――――
＋――｜−　　　　　　＋｜――→　　　
＋――｜−　　　　　　＋｜――→
＋――｜−　　　　　　＋｜――→
＋――｜−　　　　　　＋｜――→
　　　　――――――――　　
―――――――――――――――――
B 　 C 　 　　　　 D　　　　E
　　　　　　　　　　　　
B:電池の＋極　C：銅線左端　D：銅線右端　E:抵抗左端
銅線内部において外部電界を電池が作り出し、それを銅線の自由電子が打ち消すように
移動しますよね？この場合、電流とはどこの自由電子でどのようにしてこの合成電界０の
銅線を通過するのかを教えてください。　

この辺の疑問にはΩのホーソクとか電位差は持ち出さない方がイイと思う。
電池については大概解ってると思うが、あとは導体と抵抗体について
調べてみた方がいいんじゃないか?

ずれましたが、Cは−の下、Dは＋の下、Eは一番右端です

>>717
ミクロ的に見ると、電界があるから、それに引っ張られて
電子が移動する。（電界が無ければ電子は移動しようがない）
電子が流れない（導線が切れてる）状態になると、ちゃんとその
部分には電位差ができるでしょ？

電子が一個移動した所はミクロなコンデンサみたいな感じになるけど、
次の瞬間には電子が移動してきてしまうから、そのコンデンサ
が消滅（コンデンサが短絡されたみたいな感じ）して、またその隣に・・
てな案配で電線の上を電子が流れることで、電界がゼロになってる。

>>719
ここ嫁
電気の歴史イラスト館 http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/index.htm

http://science3.2ch.net/test/read.cgi/denki/1080571551/
これ一とおり眺めたが、どうやら高校内容じゃまず理解不可能だし、専門的な知識をもっても説明は
難しいらしいから
ｵﾚは下のように理解して完結するよ。みんなも答えるのめんどいと思ってるだろうし・・・
いちよ理系で大学はいるが、電気意味不明だからもうやらんだろうな・・・適当に理解して受験
だけ乗り越えるかな

回路に電池をつなぐとなぜか電池が抵抗があるもにに対してだけ電界をつくる。その電界のエネルギーを
利用して抵抗をこえる。銅線部分では電位差はないのになぜか流れる。電池で自由電子は電位が高いとこに
もちあげられるの繰り返し。ﾎｰｲｽﾄﾝﾌﾞﾘｯｼﾞで電位差がないと電流が流れないとかなっているが、あれは虫して
電流が流れない時、R1/R2=R3/R4が成り立つということにしとく。とにかく電気なんて不思議なものは高校では
矛盾が起こっても気にせず、適当に公式をつかって、問題とけれればそれでいいと・・・ｵﾚはこの問題にどれだけ
費やしたことか、そして結局答えはでずにﾊｲ終了

http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/k1dennki/dennkinonogaew.htm
>>721のおかげでわかったかも。もしかして銅線部分では自由電子は動きながら電界を
つくってるから等電位でもいいってことか？

ただまだおかしいと思うのは抵抗は銅線の電流を通すのに、電圧のかかるﾊﾞｰｼﾞｮﾝと考えると
抵抗も自由電子が移動しながら電界を作るとすれば抵抗内も等電位な希ガス。この疑問にこたえられる天才児はいますかー？

電線も抵抗器も微小な領域に分解して考えて見れ。
おまいはその域まで来ている。

>>722
そのスレの内容は大学の教養課程で習う電磁気学だね。
勉強したければ本屋に教科書はたくさんあるが、今はその理解でもいいかも。
ちなみに、一定の電流が流れ続けるためには電界が必ずしも必要なわけではなく、
磁界でも定常電流は流れ続ける。

>>725
もしかしてあと少しなのかな？？微小な領域かー。つまりあれだろ。自由電子は銅線内では極端に
左右に分かれるのではなくて、電池による電界を細かく打ち消してるってこと？
そう考えると抵抗内も電界がないということになるんじゃないかな？

やっぱ諦めて適当に理解することにするよ・・・ﾉｼ