電流の流れ2

Question

先ほど質問をしたのですが、追加の質問になります。よく電圧を説明するときに、高いとこから低いところに電流が流れるイメージで、この高低差が電圧になる、という説明があります。では電圧はどのように設定されるのでしょうか？どのように高いところと低いところの差をだすのでしょうか？？

Answer

水圧と電圧の関連なので

水圧は落差だけで発生するものでもなく水平な管の中でも圧力差は出来ます
例えばベンチュリ効果、オリフィス等　
流速さえあれば、オリフィスの前後では圧力は異なります

つまり、其れを電流に当てはめればオリフィスに相当するものは抵抗
電流＝流速（流量かな？）
電圧＝水圧差
抵抗＝オリフィス

お節介ながらオリフィスを知らない人のために↓
http://irws.eng.niigata-u.ac.jp/~chem/itou/ce/ce7.html
http://www.nucpal.gr.jp/website/siryoukan/atom/a/o/orifisu.html

Answer

１：発電機の場合。　根源的な話をしようとするとなかなか難しいのですが、
磁束の変化によって電位を押し上げます。磁力で電子を押し出すイメージで
近いでしょう。ただし、単純に磁石に引き寄せられるのではありません。
磁力の「変化」が原動力になります。ですからエンジンなり水力なりで
磁石を動かす必要があります。磁力の強さと変化のスピードに比例して電圧が上がります。

２：電池の場合。　電気を通す液体(電解質）を介して二つの物質を化学反応させます。
反応の結果電子が余る物質をマイナス極に、電子が不足する物質をプラス極に配置します。
この反応の強さで電圧が決まります。回答１の方がおっしゃる「エネルギーバンドギャップ」
というのがこの辺の事情をあらわしています。これは物質の組み合わせによって決まってしまうので
あまり自由に決められません。乾電池が１．５Ｖ、リチウム電池が３Ｖとかきまっているのは
このためです。

先の質問の答えですが、マイナス極で発生した電子は豆電球で「勢いをそがれて」
(電圧降下といいます）プラス極に到達します。数は減りません。
プラス極に到達した電子はプラス極側の化学反応に消費されます。

Answer

電圧とは電位差の意味で使われます。
あらゆる物には電位という電気的な位置エネルギーを持っています。（そのなかで地球のもつ電位をアースとかグランドと呼びます）
また、1C（クーロン） の電荷が1J（ジュール） の仕事をする電位差を1Vと定義しています。
例えば1.5Vの一般的な乾電池があるとすると、この乾電池は＋極と－極の間に1.5Vの電位差があることになり、この電位差に見合った仕事ができることになります。
言い代えると乾電池は「電位差を発生させることができるもの」ということになります。
また、電気を加えると回る「モーター」はご存知だと思いますが、このモーターの軸を外力によって回してやると、逆に電気（電圧と電流）が発生します。つまりモーターも「電位差を発生させることができるもの」ということになります。

Answer

専門家ではありませんので詳しくは分かりませんが、高校受験の時、確かに電流の流れを水にたとえて習うと思います。（電流はプラスからマイナスに流れる）
ところが大学受験となると電流は電子の流れであるためマイナスからプラスに流れると習うと思います。
間違っているかも知れませんが、大昔電子の存在がまだよく分からなかった時に電流の流れをプラスからマイナスに決めたと習ったように思います。
（これは物理学の定理で公式（理論）を作るために勝手に人間が考え出したもの？）
ところが時代が流れ、いろいろなことが分かり電子の存在があると分かり、いろいろ調べた結果、実は電流は電子の流れでマイナスからプラスに流れると分かったと習ったように思います。
「では電圧はどのように設定されるのでしょうか？」
先ほども言いましたが、これは昔の偉い物理学者が理論を確立するために決めたものだと思います。（一番簡単なのはオームの法則でしょうか）

参考になれば幸いです。

Answer

自由電子の活性化がポイントじゃないか知らん？

難しい話をし始めると、エネルギーバンドギャップとか出て来そうですが
身近な例だと雷雲。
雷雲の中は自由電子が走り回っていて、スッチャカメッチャカな状態なので
あれほどすさましい電圧（電流もね）が発生するんでしょうね？！

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