電磁気

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。 電流とは読んで字のごとく,「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「電流」といった場合には,導線を流れる電流を指すものとします。

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。 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か?

「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!

誰も電流を見たことないにも関わらず,みんな洗脳されたかのように「電流は正極から負極へ流れる」と答えます。 なぜなら小学校の理科の授業でそう習ったから。

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。 目に見えないのに電流が+からーへ流れるという根拠は何なのか?

答えはズバリ,「そう決めてしまったから」

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” の正体がわかりませんでした。 でもまぁ,流れているのは確かだし,「正の電気が流れる方向(電池の+からー)を電流の流れる向きということにしよう!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。 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」です。

アンペールは,「正の電気が流れる方向が電流の方向」と決めたのだから,裏を返せば,負の電気をもつ自由電子は,電流とは逆方向(ーから+)に流れていることになります。

しかしその時代にはすでに「電流の向きは+からー」と広く浸透してしまっていたので,いまさら電流の向きを直すわけにもいかず,そのまま現在に至る,というわけです。

まとめると,「電流の向きは,正の電荷が動く向き(電池の+からー)と決める。しかし,実際に導線中を流れる自由電子は負の電荷なので,自由電子自体はーから+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。。。

(※ 導体を流れる電流の正体は電子だが,それ以外の状況(半導体など)ならば電流の正体が正の電荷の場合もある。この場合は当然,電流の向きと正電荷の動く向きは一致する。)


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か? 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と思います。 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

という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。 まさに先ほどの水流のイメージにピッタリな決め方ですね!

今回のまとめノート


時間に余裕がある人は,ぜひ問題演習にもチャレンジしてみてください! より一層理解が深まります。

【演習】電流電流に関する演習問題にチャレンジ!...

次回予告

次回はいよいよ電圧です!

電圧(電位差)「回路に電池をつなぐと,電圧が生じて電流が流れる」これはもちろん正しいのですが ,イメージを間違っている人が多いです。その間違いをひとつずつ見直していきましょう。...