電流

前回は抵抗について学んだので,今回は電流についてです。

電流とは呼んで名のごとく,「電気の流れ」のことです。もう少し正確に言うと,帯電した粒子(荷電粒子)の流れです。 

電流は食塩水などの電解質水溶液中でも流れますが,高校物理では固体を流れる電流しか扱わないので,以後単に「電流」といった場合には,導線を流れるものとします。

 

 

電流の流れる向きと自由電子の動く向き 

さて,ここで質問です!

電池をつなぐことで導線に電流が流れますが,どの向きに流れるでしょう?

「電池の正極(+)から負極(ー)に向かって流れる!」 

と多くの人が答えるでしょう。 

 

……正解です。 それでは,次の質問。

電流が正極から負極に流れているのを実際に確認したことはありますか? 

… … … … 

ないですよね!? だって電気は目に見えないもの! 

誰も見たことないにも関わらず,みんな「電流は正極から負極へ流れる」と答えます。

「小学校の理科の授業でそう習ったから」ですよね。

しかし,教科書に書いてあったからとか,先生がそう言っていたからとか,そういう理由だけで大して考えもせずに正しいと信じるのはよくないです。

物理を勉強する上で一番大切なことは,自分の目で見て,あるいは自分の頭で考えて,きちんと納得することです!!

 

さて話を戻しましょう。

電流が+からーへ流れるという根拠は何でしょうか?

答えはズバリ,「そう決めてしまったから」です。

昔の人は,導線に「何か」が流れていることは知っていたけど,「何か」の正体がわからなかったのです。でもまぁ,流れているのは確かだし,+からーに流れていることにしよう!という風に決めたわけです。 

ちなみに決めたのは誰かというと,電流の大きさの単位にもなっているアンペールという人です。

このアンペールの決めた電流の向きが広く世界に浸透したのですが,20世紀に入り,ある事件が起こります!!

アンペールの時代には分からなかった,電流の正体がわかったのです。

導線中を流れる電流の正体。それは私たちはもうすでに知っています!

そう! 自由電子です!

正体がわかったことはめでたいのですが,ひとつ厄介なことが起こりました。

それは,「電子は負の電気をもっていること」に由来します。

負の電気をもつ電子は,電池をつないだときどちらに移動するでしょう?

 

マイナス同士は反発して,プラスとマイナスは引き合うので,電子は負極から離れ,正極に近づく方向に移動します。

つまり,導線中の自由電子は負極から正極へ流れるのです。

アンペールが決めた電流の向きとは逆だった,というオチ笑

しかし,導線中の電流の正体がわかったところで,いまさら電流の向きを変えるわけにもいかず,結局現在に至る,というわけです。

 

まとめると,「電流は,電池の正極から負極へ向かう方向に流れると決める。

しかし,実際に導線中を流れる自由電子は負極から正極へ移動している」ということになります。

「電流の向きは?」と「自由電子の流れる向きは?」とで,答えが違うので気をつけましょう。 

うーん,ややこしい。。。

 

 

電流の大きさと電気量の関係

最後になりますが,導線を流れる電流の大きさについて述べておきます。

まず水の流れをイメージしてください。

水流が激しいとはどういうことでしょう? おそらく,

・水の流れが速い 

・流れる水量が多い

ということが挙げられるのではないでしょうか?

このイメージをそのまま電流にも当てはめましょう。

すなわち,電流が大きいとは,

・自由電子の流れが速い

・流れる自由電子の数が多い

ことを指すことになります。

このイメージを反映させて,電流の大きさを決めるにはどうしたらいいでしょうか?

 

それには,電流の大きさを「(導線の断面を)1秒間で通過する電気量」と決めると都合がいいです。

なぜなら,自由電子の流れが速ければ1秒間に通過できる電子の数が多くなるし,自由電子の数が多くなればその分通過する電気量も多くなります。

上の決め方に従えば,流れが速かったり,流れる自由電子が多くなれば,それだけ流れる電気量(=電流)が大きい,ということになるので,まさに先ほどの水流のイメージにぴったりな決め方だと言えます。

 

今回のまとめノート

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次回予告 

次回はいよいよ電圧です!

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