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解決済みの質問

電位差(電圧)とアースについて

こんにちは。高校物理1に関する質問です。

 アースがしてある電位差が5Vの電気回路についての記述の中で、「電池の電圧はあくまでも電位差であって、電位そのものではない。だから、1Vと6Vの差かもしれないし10Vと15Vの差かもしれない。…回路で電位を求めるときはアースが描かれており、アースは電位の基準(電位0V)を表す。…(マイナス側)の電位が0V、(プラス側)の電位が5Vということになる。」という表示がありました。

 質問:例えば、アースしていない場合、マイナス側の電位が1V、プラス側の電位が6Vであったとして、なぜ、アースすることによって、1V→0V、6V→5Vに変化するのでしょうか?

 アースすることの意味がいまひとつわかりません。解説をお願いいたします。

投稿日時 - 2008-04-26 17:58:27

QNo.3977743

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

[わざわざ大地にアースをとり、基準となる0Vを規定する必要はないのではないでしょうか?]
との疑問は良くわかります。
そこは問題のための問題ですね。
実際は、乾電池で働く程度の機器は、持ち運ぶこともあり、
地面(大地)にはアース=接地しません。電気のエネルギーが
小さい(電圧が低い)ため感電の危険が少ないので、接地してありません。
しかし、100Vなどになると、機器の故障などで、
感電の危険があり、人体を保護するために接地が必要です。
大地を基準にするというより、安全のために接地すると考えたほうが
理解しやすいと思います。接地すれば必ずゼロボルトになっていますので
このラインは感電の危険がありません。
もうひとつは、電圧が低くても、別の機器や装置と信号の授受を
するときに、基準となる電位がないと、電圧信号を授受出来ません。
どちらが高いか低いかを決めないと、信号を送れません。
ちょうど水を流すような感じです。こちらが欲しいときは、
こちらが低いと決めなければ、流れてきません。
よって相対的にではなく基準を決める必要があるのです。

投稿日時 - 2008-04-27 08:18:33

お礼

回答ありがとうございます。

大変参考になりました。回答に感謝いたします。

投稿日時 - 2008-04-27 10:45:00

ANo.6

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回答(6)

ANo.5

悩んであられるみたいなので、一点確認です。
電位差=電圧であり、これらはkyoto1867さんが考えているとおり、ある点を基準とした相対的な数値です。電位とは一般に絶対的な数値として認識されますが、これも地球を基準(0[V])とした相対的な数値でもあります。
またアースした場合に地球に電荷が逃げないのは回路よりも抵抗が極端に大きいため、わざわざ抵抗が高いほうには電荷は逃げません。

投稿日時 - 2008-04-26 22:47:43

お礼

回答ありがとうございます。

>アースした場合に地球に電荷が逃げないのは回路よりも抵抗が極端に大きいため、わざわざ抵抗が高いほうには電荷は逃げません。

参考になります。ありがとうございます。

 ところで、電位差=電圧でこれが相対的なものであるのならば、電池のプラスとマイナスを線で結び回路を構成すれば電位差が発生するので、わざわざ大地にアースをとり、基準となる0Vを規定する必要はないのではないでしょうか?
 これも素朴な疑問です。

投稿日時 - 2008-04-26 23:41:17

ANo.4

>絶対的な数値としての電位というものはないのでしょうか?
絶対的な数値としての高さというものがないのと同じです。
山の高さとか海の深さを示す海抜何mというのも、人が勝手に海水面を基準に決めているだけです。地球の中心をゼロ基準にしても良かったのですが、便宜上海水面を基準にしただけです。
地球の位置を太陽から何kmとは言えても、宇宙空間における絶対位置では示せないのと同じです。
電位を測定する計器には必ず電極が2個あって、一方を基準点に接触(静電結合もある)させて計ります。静電気を計る電圧計だと測定器の原理から基準点は地球が基準になります。でも電磁気学では無限遠点の電位をゼロとして解説されますが、それは説明上の都合によるものです。

投稿日時 - 2008-04-26 22:33:43

お礼

回答ありがとうございます。

>電位を測定する計器には必ず電極が2個あって、一方を基準点に接触(静電結合もある)させて計ります。

ありがとうございます。参考にします。

投稿日時 - 2008-04-26 23:32:51

ANo.3

アース=0Vとすることは確かに多いですが、そうと決まっている訳ではありません。何処を0Vにするかは、その時々で一番都合のいいところを選んでいいのです。電位というのは、任意の何処かを起点にしてそこからの電圧をいいます。但し基準点との間に回路が繋がっていることが条件です。
「大阪までの距離は何kmか、という場合、それは名古屋からの距離なのか東京からの距離なのかを最初に決めておかないと言えないのと同じです。
もし電池のマイナス極を0Vと決めたらプラス極は5Vだし、プラス極を0Vと決めたらマイナス極は-5Vです。もっと言うと、電池の中間あたりを0Vと決めたら、プラス極は+2.5V、マイナス極は-2.5Vとなります。
電池とアースが電線で繋がっていない時は、アース電位を基準にして電池の電位を定めることはできません。回路がつながっていない点同士は電位に関しては無関係です。

投稿日時 - 2008-04-26 18:36:17

お礼

回答ありがとうございます。

 絶対的な数値としての電位というものはないのでしょうか?例えば、帯電している物体(プラスまたはマイナス)の電位を単独で測定することはできないのでしょうか? 
 素朴な疑問です。

投稿日時 - 2008-04-26 19:13:41

ANo.2

改まって高校生の問題を見るとイジワルですね。
普通電気回路を作る場合、供給するDC電源の0Vをグランドにとり、このグランドを必要であればシャーシや地球にアースます。

アースしても測定する電位差は変わりません。基準電位をどこにとるかで電圧は決まるので、単にひっかけに感じます。単に1Vの電位から6Vの電位の間の電位差を測定するので、測定される電位差は5Vなのです。

投稿日時 - 2008-04-26 18:28:26

お礼

回答ありがとうございます。

高校物理の問題なので、起電力が電池で、電池のプラスとマイナスを線で結び、その間に抵抗があるという回路で、そのせんの途中にアースがつながっているという設定です。

 そもそも電流はマイナス電子の流れだと思いますが、アースすることによって、マイナス電子が0V(大地)にひきつけられてアース側に流れていかないのでしょうか?新たな疑問です。

投稿日時 - 2008-04-26 19:10:42

ANo.1

地球を「0V」とみんなで約束しているからです。
地球にアースつまり「接地」することにより、電気回路の各ポイント電圧を語ることができ、電気回路の設計がしやすくなります。
歩いている人の速度を量る場合、測定者が走っている自動車にいては正確に測定できませんよね。一度地面に立つことが必要なわけです。

投稿日時 - 2008-04-26 18:12:07

お礼

回答ありがとうございます。

ところで、電圧は絶対数値、電位差は相対数値という表示のうような気がしますが、どうして、アースあうることによって、絶対数値がかわるのでしょうか?不思議です。

投稿日時 - 2008-04-26 19:03:27

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