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締切り済みの質問

電気はプラスからマイナスに流れるのですか?

電子は(1500km/s)マイナスからプラスに流れるのですが、トコロテン式に押し出すので電流はプラスからマイナスに30万Km/sで流れると聞きました。

では、仮に一周が30万Kmの直列回路を作れたとして、スイッチを入れると、どちらが先に点灯するのでしょうか?
また、スイッチを入れてから点灯までの時間は、スイッチ-電球間の距離と電源-電球間のどちらに依存するのでしょうか?
  ┌―― + 電源 - ――┐
  |         |
電球1         電球2
  |         |
  |         |
  └―――スイッチ――┘

投稿日時 - 2008-05-02 14:46:31

QNo.3992272

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回答(10)

ANo.10

電流は一方向に伝わるのではありません。
プラスとマイナス、両方の端子から出て行きます。

例えば、地球上に電池、太陽に電球があるとします。太陽からの光は地球に届くまで500秒掛かります。
今、地上でスイッチを入れたとすると、電源のマイナス端子から電子が出て行き、ぐるっと回ってプラス端子に帰ってきた途端に回路がつながり点灯し、その電球からの光が地球に届いたと考えると、電子が巡ってくるのに500×2=1000秒、点灯した光が見えるまで500秒、の合計1500秒掛かるような気がしますが、実際にはマイナス端子から出て行くのと同時にプラス端子に電子が引き込まれ、太陽の位置で繋がるので

 電流が流れきるのに500秒、光が届くのに500秒、の合計1000秒

だけで光が見えます。

投稿日時 - 2011-05-08 08:16:28

ANo.9

No.5の補足です。

スイッチを入れた後、その情報は電線中を伝わる訳ではないことに
注意してください。同軸ケーブルのように被覆されたケーブルでは
ほぼ電線に沿って伝わることになりますが、図のような開いた電線
では、スイッチを閉じたという信号は、空気中を伝搬します。

ちなみに、私が述べているのは過渡現象についてです。

非常に分かりやすい参考URLがありましたので、参考にしてください。

参考URL:http://www.aa.isas.ne.jp/v-tails/phy/densou.html

投稿日時 - 2008-05-09 01:31:10

ANo.8

質問者は  過渡現象と定常現象の違いの理解が必要です

質問・補足にあるような現象は全て 定常状態での現象の説明です

質問していることは 過渡現象についてです
過渡現象の理解は簡単ではありません(定常現象の確実な理解がなされていない限り 「とんでも」な解釈をしてしまいます)

質問者の理解できそうな回答は、過渡現象を無視しています

辛口で言えば 電球が発光するには、電流が流れてフィラメントの温度が上昇して発光します、これに要する時間は .何秒です 電流の伝わる時間よりも何桁も多くかかります
思考実験ならば 過渡現象を正確に理解しなければなりません

質問は 定常状態のことしか念頭にありませんから、答えは ほぼ同時です

投稿日時 - 2008-05-07 11:19:57

補足

皆様のご回答をふまえると、もとの質問の答えは
・電流・電子の進む向きと、電位差の伝わる向きは関係ない
・よって、左右対称の回路なら同時に点灯する

と解釈してよろしいでしょうか?

投稿日時 - 2008-05-08 10:00:12

お礼

>過渡現象と定常現象の違い

だんだんはっきりしてきました。
すでに流れている電流・電子の「速さ」と、
スイッチを入れてから点灯するまでの「時間」を
ごっちゃにしていたのが理解の妨げとなっていたようです。

ありがとうございます。

投稿日時 - 2008-05-08 09:49:44

ANo.7

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%A3%E5%AD%94
正孔
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90
電子
サイトより引用
自由電子の移動する方向と電流の流れる方向は逆である。これは電気発見当時の科学者たちが電気(電流という意味としての)は+極から−極に流れると定義したことによる。結局陰極線の発見で自由電子の移動する方向は−極から+極であることが確かめられたのだが、電流は+極から−極に流れるということはすでに慣例となってしまっていたため、電流と自由電子の流れは逆と定義したわけである。

正孔(せいこう)は、ホール(Electron hole または単にhole)ともいい、物性物理学の用語。半導体(または絶縁体)において、(本来は電子で満たされているべき)価電子帯の電子が不足した状態を表す。たとえば光や熱などで価電子が伝導帯側に遷移することによって、価電子帯の電子が不足した状態ができる。この電子の不足によってできた孔(相対的に正の電荷を持っているように見える)が正孔(ホール)である。

半導体結晶中においては、周囲の価電子が次々と正孔に落ち込み別の場所に新たな正孔が生じる、という過程を順次繰り返すことで結晶内を動き回ることができ、あたかも「正の電荷をもった電子」のように振舞うとともに電気伝導性に寄与する。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E4%BC%9D%E5%B0%8E
超伝導
__
電子の動き
_________
わたしは電波のAM変調(増幅変調)の日本語の振幅変調(振幅により変調するので共振回路が使用できない・存在しているか不明)同様に、難しい質問だと思います。

投稿日時 - 2008-05-04 14:22:50

ANo.6

流れるのではなく、電子はトコロテン式にどこでも移動するので同じに点灯するはず。

情報伝達速度(F)は光速を超える事は出来ないので
理論的には1秒後に回路は導通すると思います。

投稿日時 - 2008-05-03 18:07:51

ANo.5

もし図の電源、スイッチ、電球1、電球2が、電源でスイッチを結ぶ直線を軸として左右対称に配置されているとすれば、スイッチを入れると、電球1と電球2は同時に点灯します。

スイッチを入れてから点灯するまでの時間は、スイッチと電球までの直線距離に依存します。電線の距離ではありません。

スイッチを入れる前は、電源から電球1側の電線(電線1とします)にプラス電荷が送り込まれ、同時に電球2側の電線(電線2とします)にマイナス電荷が送り込まれて、電線1と電線2の間でコンデンサを形成しています。

スイッチを入れた瞬間、コンデンサにたまっていた電荷を使って電線1から電線2に電流が流れ始めます。それと同時に、この電流により電線(初めはスイッチの部分)の周囲に誘導磁場が発生します。誘導磁場は、スイッチのところから光速で球対称に広がって行きます。

この誘導磁場のフロント(伝播面)が到達した電線内には電流が流れます。これは、誘導磁場が電線内に起電力を生じて電子を動かすからです。この誘導磁場は電線の周りが真空ならば光速で伝わりますが、空気ならば、光速より若干遅くなります。

電球が点灯するのを、電流が流れ始めた瞬間だとすれば、誘導磁場が到達した時ということになるので、スイッチから電球までの直線距離に依存することになります。

投稿日時 - 2008-05-03 00:11:43

補足

>スイッチを入れてから点灯するまでの時間は、スイッチと電球までの
>直線距離に依存します。電線の距離ではありません。

ちょっと納得できないですが、興味深い回答ありがとうございました。

投稿日時 - 2008-05-08 09:52:55

ANo.4

電流は+から-に流れるけど電子は-から+に流れるんですよね!!
ですので電球2が先につくのではないでしょうか?
物理は嫌いなので断言できませんが・・・。

投稿日時 - 2008-05-03 00:08:37

#2のお答えが「非常に適切」だと思います。
スイッチの両極に「電位差」があり、回路を閉じた瞬間に、理想状態へ向かって電位が双方へ走ります。
この件ではいつも目の敵にされる「水位」の例えが使えます。
電球1と電球2の位置に二つの水車があり、電源は大きな水位を持っている貯水槽です。
スイッチに当たる水門を開けると、水が流れ出し、その水位変化が先に訪れた方が先に回り出します。
#1のお答えにある、配線の抵抗やインダクタンスなどは水路の形状で相似させることが出来ます。

投稿日時 - 2008-05-02 16:31:48

補足

複雑な現象をできるだけ簡単に解説していただけているのですが、
すみませんまだよくわかりません。

>スイッチに当たる水門を開けると、水が流れ出し、その水位変化が先に訪れた方が先に回り出します。
ということですが、元の疑問は、プラス側とマイナス側、どちらの電球に先に水位変化が到達するのかということになります。
#2の方の解説では、「同時」とも解釈できますが、実際には水位変化の到達には電流と電子の流れる向きは関係なく、むしろ磁場や静電容量などに大きく依存して結果が異なるということでしょうか。

投稿日時 - 2008-05-07 10:02:53

ANo.2

単純な空間の光の伝播の話と,導体中を電流が流れる話とを一緒に議論するのは無理が有ります。

また,お話をどこで聞かれたかわかりませんが,かなり無茶な説明で間違いに近い(少なくとも広めないでくださいね)と思います。

回路では,配線の抵抗,インダクタンス,対地容量などが存在しますので,光の伝播速度などと言う前に抵抗,インダクタンス,対地容量などで,スイッチを入れた後の電流の流れ方が決まります。

むりやりお考えの回路で想像力を働かせると以下のようになるかな?

スイッチがオフの状態で電源のプラス側の回路はプラスの電位,マイナス側の回路はマイナスの電位になっている状態です(つまり
電位差はスイッチの部分に集中しています。)。
なので,どちらの電球が早くつくかはスイッチからの距離で決まります。
スイッチに近くにあるものが先に点灯するというのが正解に近いと思います。

投稿日時 - 2008-05-02 15:12:12

補足

光の話はしていなくて、また抵抗や静電容量も無視できるものとして考えたいのですが・・・

単に、小学校低学年では、「電池のプラスからマイナスに電気が流れます」と習うのに、中学では「でも電子はマイナスからプラスに流れる」と習うので、じゃ実際はどっちが先に点くんだろうと疑問なのです。

>電位差はスイッチの部分に集中しています。

この説明でわかったような気がします。
スイッチをONにした瞬間から、スイッチ両端から流れるように電位差が解消していくイメージをもちました。

投稿日時 - 2008-05-02 16:07:27

ANo.1

電気は流れとしてきめているものですね。

ー電子と+正孔?があるので難しいですね。

投稿日時 - 2008-05-02 15:07:58

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