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解決済みの質問

電位、電流、電圧の向きは一致しますか?

正電荷と負電荷を置くと、電界は正から負、電流も正から負にながれ、電圧は低い方から高い方なので負から正。電圧と電流の向きは不一致。
一方で、紙面裏から表に磁界を配置し、∩のようにした導線にーのような導体棒をおいて下向きに移動させると、
電流は右から左に流れ、V=vBlより電圧の向きも右から左、電流と電圧の向きは一致。
なんかもうめちゃくちゃです、、、
電圧や電界や電流の向きの定義がわかりません。
回答よろしくお願いします。

投稿日時 - 2014-02-19 10:58:21

QNo.8481516

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質問者が選んだベストアンサー

Np.1,No.3,No.4です。
>移動している導線を電池としてみるとプラスはどっち?って話です。
 電池だとか、電子だとイオンだとかは今は忘れてください。それと混ぜるからわからなくなるのです。
 添付図(一部修正のうえ再掲)
 電子がどちらに動くかは、電圧であったり磁場であったりしますが、電荷がどちらに力を受けるかを考えてください。
 電位差によって電荷が移動するため磁界から力を受ける--左側
 電荷は導体を移動させられることによって移動するため磁界から力を受ける。--右側


>まるで左がプラスになったかのような挙動を示す。
 日本語の正極・陽極、負極・陰極と言う言葉が混同の元ですね。
カソード( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AB%E3%82%BD%E3%83%BC%E3%83%89 )
 外部回路へ電流が流れ出す電極のこと。真空管や電気分解では陰極,電池の場合は正極(+)とも呼ばれる。

アノード( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%8E%E3%83%BC%E3%83%89 )
 外部回路から電流が流れ込む電極のこと。空管や電気分解では陽極,電池の場合は負極(-)とも呼ばれる。

 と考えると良いです。
 モーター(電気分解)と発電機(電池)では電流の移動方向と電圧の差が逆のように見えますがそれは、日本語の問題ですね。

★電圧をかけたときの電子の速度なんて遅々としたものです。(電荷の移動)電流は一瞬にして流れますが、2mmの電線に1A流したって電子はカタツムリ程度の歩み。
★化学電池ないではイオンが電荷の移動を担いますが、それも移動速度は遅いです。


 

投稿日時 - 2014-02-20 11:59:29

お礼

図まで乗せていただきありがとうございました。皆様大変詳しい説明を下さったのですがこちらをベストアンサーとさせていただきます。ありがとうございました。

投稿日時 - 2014-02-26 17:18:59

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回答(8)

ANo.8

 No.2です。しばらく見ていなかったので遅くなりすみません。

 電圧についてのみ書きます。
 まず、電源の話ですが、電流を流そうとする力を、起電力と言います。
 起電力がある場合、電流の出ていく方がプラスです。電池は、プラス極から電流が出ていきますね。
 起電力がある場合、電池をイメージしましょう。図のその部分に電池の記号を書くのもいいでしょう。

 電圧に関しては、一回りの回路について、一方向に電圧と方向を加えると、0になります。
 電池一個と、豆電球だけの一番シンプルな回路を考えると、電池のマイナス極を基準にして、プラス極が1.5V、豆電球のプラス側が同じく1.5V、電球のマイナス側が0Vとして、一方向にぐるっと加えると、0Vになるという事です。
 現在、高校物理ではやらないようですが、キルヒホッフの電圧則と言います。

 一般的に、磁界内に電線がある場合、起電力があるかどうかを考えて、あれば電池をイメージしましょう。

 疑問がありましたら、補足でお願いします。
 

投稿日時 - 2014-02-23 16:21:49

ANo.7

電界も電流もベクトルだから向きがあります。
電圧はスカラーだから高低はあるけど
向きはないです。

投稿日時 - 2014-02-21 00:57:55

ANo.5

貴方は現象の表面ばかり見ているので混乱するのです。そもそもこの世界は原子から成立
しています。原子は負電荷をもつ電子群と正電荷の原子核(これは電子群と同数の正電荷
の陽子群と中性子群からなる)から成立します。従って原子は通常は同数の電子群と同数
の陽子群のバランスで全体は中性です。そして通常原子核については考える必要はあり
ません。各原子の電子群の個数は原子周期律表として整理されています。
問題はここからです。電子は原子から外力の程度に応じて飛び出したり、飛び込んだりし
ます。飛び出せば原子本来の電子個数が不足して、原子は正イオンとなり電荷をもちます。
飛び出した電子は自由電子となり動きまわり電流の原因となります。原子に電子が飛び込
んでくると、電子の個数が増えてバランスが崩れ原子は負イオンとなります。
結局通常この世界では負電荷の自由電子と電池内にある正イオンまたは負イオンが電気
の世界を支えています。各電荷の周りには電界が出来ます。電流は殆どの場合電子の流れ
です。電圧は電界差(電位差)の事です。まず電気のことをよく考えて理解して下さい。
これが正しく理解できないで、磁気まで考えると混乱します。
ケータイやTVで時間を浪費しないで下さい。私も多忙なのでここまでです。

投稿日時 - 2014-02-20 10:44:30

ANo.4

>磁界が発生することで電荷に力がかかるのは電界と磁界が作用し合うからですか?
 では、小学校の3年生まで戻って復習ですね。(^^)
┌→┐
N==S
└→┘  同じ向きなので
┌→┐     反発
N==S
└→┘  逆向きなので
┌←┐     引き合う
S==N
└←┘
・N単極子に働く力の向きを磁力線とする。
・磁力線には張力があり最短を通ろうとする。
・同じ向きの磁力線は反発し、逆向きの磁力線は引き合う
・途中で消えたり現れたりしない
 ここまでは、小学校で簡単な言葉で習っているはずですね。

 じゃ
⇒⇒⇒⇒⇒⇒周囲の磁界
  →
↑◎↓  向こうに向いて移動している電荷
  ←    がどちらに力を受けるかわかるはず。
⇒⇒⇒⇒⇒⇒ この場合、下向きですね。

周囲の磁界
↓↓  → ↓↓
↓↓↑◎↓↓↓  向こうに向いて移動している電荷
↓↓  ← ↓↓    がどちらに力を受けるかわかるはず。
↓↓    ↓↓ この場合、右向きですね。


 電荷の周囲に現れる磁力線と、環境磁力線が平行になるときそれが同じ向きか逆向きかを見てみましょう。

投稿日時 - 2014-02-20 08:34:02

補足

環境磁力線について忘れてました、、、
三年生かー。大学入試が不安ですw磁力線についてはかっちり理解しました。
そしてこんがらがってるのはどうやらno.2の方が言ってるような電圧のとこなんですよね。公式を持ち出したのも暗記ではなく、あれ、合わない、ってことを言いたかっただけなのです。
移動している導線を電池としてみるとプラスはどっち?って話です。
結局左の方に電流を流そうとする、ということは動いてる導線に回路をつないでやれば、まるで左がプラスになったかのような挙動を示す。ってそういうことなんですかね。

投稿日時 - 2014-02-20 10:41:04

ANo.3

図を描いてみました。
左がモーター(フレミングの左手)、右が発電機(フレミングの右手、およびレンツ)
手で動かした程度の速度でと思われますが、実は電圧をかけたときの電子なんてそれよりもはるかに遅く移動している。
 導体は置いたままで、磁界を移動した場合(レンツ)も同じです。相対的に考えます。

投稿日時 - 2014-02-19 17:48:00

補足

見やすい図をありがとうございます。
磁界が発生することで電荷に力がかかるのは電界と磁界が作用し合うからですか?
すると鉛直方向上側の方が電場が強いから、手前から電荷の上を通って奥に向かう磁界の方が奥から手前に向かう磁界より強い力を受けて反作用で進む、みたいなそんな感じですか?

投稿日時 - 2014-02-19 21:18:00

ANo.2

 No.1回答者の丁寧な説明があるのに余計かと思いましたが、少し書いてみます。
 まず、電圧、電流、磁界などの向きというのは定義というのではなく、単に決めごとです。
 磁界は、NからSの方向を正とする、電流は、+から-の方向を正とする、と昔誰かが決めました。
 ただ電圧というのは、高い方と低い方の差の事で、これを電位差と言いいますが、通常電流を流す圧力というような意味で電圧と言います。
 電圧の発生源の電圧の方向と、電流が流れたことにより発生した電圧の方向は、反対になります。
 磁界の方向に直角に導線を動かすと、電流を流そうとする力が発生するので、その方向に電圧が発生します。この方向は、フレミングの右手の法則で判断できます。
 電圧の方向を考えるときには、電流の発生源(電源)なのか、どちらが高くどちらが低いのかをよく考えてください。単純に方向を暗記するのは、間違いのもとです。
 もうひとつ電池を考えてみると、でんちの+と-を回路につなげると、+から-の方向に電流が流れますが、電池の中では-から+の方向に電流が流れます。これは、電池の中に電流を流そうとする電圧が発生しているからです。
 ちなみに電気の+と-を決めたのは、雷と凧の実験で有名なフランクリンです。電子が発見される前の事でした。

投稿日時 - 2014-02-19 16:59:14

補足

電流を流そうとする力がかかるってとこまでは何と無くわかるんですが、その向きがごっちゃになっちゃいます。左に電流が流れようとするなら高いところから流れてきたはずですから右がプラスでしょうか。
しかし問題集の解答では逆になってますね。
これが電池の中では逆になるって奴でしょうか。

投稿日時 - 2014-02-19 21:10:58

ANo.1

なぜそんな複雑な思考をするのかわかりません。マックスウェルの方程式を持ち出すまでもなく、電荷が移動するときはその周囲に右回りに磁界が発生する・・・この一点を理解しておけばよいだけですよ。
電場--電荷といった場合は正電荷と考えてよい。負電荷と言えば符号が変わるだけ
電圧--電位差は、電荷電荷が力を受ける大きさ
電流--電荷が移動すること

磁場--N単極子と考えてよい。Sと言えば符号が変わるだけ
 磁場強さとは、N単極子が受ける力の大きさ、ベクトルの長さや密度で表す。

・導体に電圧をかければ電荷をもつ物体は電圧が低いほうに力を受けます。
・電荷が移動すると周囲に右回りに磁界が発生する。

 極めて単純で、電荷がこの画面の手前から向こうに移動(×)とあらわす。手前に移動するときは(・)とあらわすと
 →    ←
↑×↓ ↓・↑
 ←    →
 周囲に磁界があれば・・・たとえば上から下
↓ → ↓ ↓   ← ↓
↓↑×↓↓ ↓ ↓・↑↓
↓ ← ↓ ↓   → ↓
 ←に力を受ける。→に力を受ける。向きが同じなら反発、向きが逆なら引き合う

フレミングの左手:モーター
 上記図の通り

フレミングの右手:発電機
 導体内部の電荷に着目すると、その導体を向こうに押したのが上記左の図、導体を手前に引き寄せれば右側の図
 結果的に、その導体を向こうに押せば電荷は左に移動する。


>電流は右から左に流れ、V=vBlより電圧の向きも右から左、電流と電圧の向きは一致。
 そう考えるから逆に見える。フレミングの法則は暗記のための便宜方法です。基本を理解しておけば、レンツの法則も含めて統一して理解できるはずです。

投稿日時 - 2014-02-19 12:53:13

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