高校物理・電磁気

【完全イメージ化】電気のきほん【１６ステップ】（オームの法則、電圧、電流、抵抗、電子の発見について、他）

■【完全イメージ化】電気のきほん【１６ステップ】（オームの法則、電圧、電流、抵抗、電子の発見について、他）

• 電気の理解には原子の知識が必要
  • 物質の性質を保つ最小単位は［分子］である。
  • 分子はさらに小さな［原子］から構成されている。
  • 世の中のすべての物質は原子でできている。
  • 触れることができる金属や水だけでなく、空気や宇宙空間にも原子が存在している。
• プラスとマイナスの電気について
  • プラスの電気とマイナスの電気は引き合う性質をもつ。
  • 同じ種類の電気同士〔プラス同士、マイナス同士〕は反発する。
  • 下敷きと髪の毛をこすり合わせると静電気が発生する。
  • 下敷きがプラスに帯電し、髪の毛がマイナスに帯電することで引き合う。
  • 髪の毛同士は同じマイナスの電気を帯びるため反発し、広がる。
  • 雷もプラスとマイナスの電気によって発生する現象である。
  • 雲にプラスの電気がたまり、地面にマイナスの電気が集まる。
  • プラスとマイナスの電気が限界までたまると、雲から地面に向かって放電〔雷〕が起こる。
• 電気の正体は電子である。
  • 原子は［電子］［陽子］［中性子］から構成されている。
  • 陽子と中性子は［原子核］として中央に固まっている。
  • 電子は原子核の周りを自由に動いている。
  • 陽子はプラスの電気をもち、電子はマイナスの電気をもつ。
  • 通常、原子内では陽子と電子の数が釣り合っており、全体として電気的には中性〔プラスマイナスゼロ〕になっている。
• 電子が移動することでプラスとマイナスの電気が生じる。
  • 電子が原子から飛び出すと、その原子には電子〔マイナス〕が減り、陽子〔プラス〕が多い状態になるため［プラス］に帯電する。
  • 飛び出した電子が別の原子に入り込むと、その原子には電子〔マイナス〕が増え、［マイナス］に帯電する。
  • このようにして、電子が移動することでプラスとマイナスの電気が生まれる。
• 結論
  • 静電気や雷などで見られるプラスとマイナスの電気は、原子内にある電子が移動することで発生している現象である。
• 物質の分類と電気の性質
  • 物質は電気の流れやすさにより導体と不導体（絶縁体）に分類される。
  • 導体：電気が流れやすい物質（例：金、銅、アルミニウムなどの金属）
  • 不導体：電気が流れにくい物質（例：ゴム、プラスチック、ガラス、空気）
• 原子構造と電気の流れ
  • 分子は原子で構成され、物質の性質を決める最小単位。
  • 原子構造の違いが電子の数や動きやすさに影響し、電気の流れやすさを決定する。
• 電子の発見と性質
  • 1897年、イギリスの物理学者トムソンが電子を発見。
  • 電子の性質：マイナスの電気を持ち、プラスに引き寄せられる。
  • 陰極線の実験により電子の存在を証明。
• 電気の流れと制御
  • 導体（例：銅線）には自由に動ける電子が多く含まれる。
  • 新しい電子を注入すると、隣接する電子を押し出す連鎖反応が起こる。
  • この現象により、電気が高速で伝わるように見える。
• 電気の制御
  • 導体と不導体を組み合わせて電子の流れを制御する。
  • 電源ケーブル：導体を不導体で包み、安全性を確保。
  • 電気製品の基板：導体と不導体を使い分けて電気を制御。
• 電気の速さと向き
  • 電気が流れる速さは光の速さ（約3×10^8 m/s）と同じとされる。
  • 1秒間に地球を7.5周する速さ。
  • 実際の電子の移動（ドリフト速度）は非常に遅い。
• 電気の向きと電子の流れの向き
  • 電気の流れる向き（プラス→マイナス）と電子の流れる向き（マイナス→プラス）は逆
  • 歴史的理由により、プラスからマイナスへの流れを電気の向きと定義。
  • プラスの電気（陽子）は原子核内で動かない。
  • 混乱を避けるため、この定義は現在も維持されている。
• 電気の応用と安全性
  • 電源ケーブル：導体を不導体で包むことで安全性を確保。
  • 電気製品：導体と不導体を適切に使い分けて、必要な場所だけに電気を流す。
• 電気の流れについての理解を深める。
  • 電池を豆電球に接続すると、電池のプラスからマイナスに向かって電気が流れる。
  • 電気は必ず一周して元の場所に戻ってくる。
  • 電子を1つずつ押し出すことで電気が流れるため、押し出した先が切れていると、電子が詰まって電気が流れなくなる。
  • 電気回路は「電気が回る道」という意味で名付けられている。
• 電圧の必要性
  • 電子を押し出すための圧力を電圧と呼ぶ。
  • 電圧が大きいほど、電子はより勢いよく電気回路を巡る。
  • 電圧と電気の流れの関係は水の流れに例えられる。
  • ダムの高さが高いほど、水が流れる勢いが大きくなる。
  • 水たまりには高低差がないので、水は流れない。
  • 電池などの電源によってプラスとマイナスの高低差（電位差）を発生させる。
  • 電池の電気がなくなると高低差がなくなり、電気が流れなくなる。
• 電気回路の接続
  • 必ず元の場所に戻ってくるように高低差を作る必要がある。
  • ダムの例：水を循環させるために雨が必要。
• 電位差と感電の関係
  • 高い電圧差があると、不導体でも電気が流れることがある（例：雷）。
  • 電位差がなければ電気は流れない。
  • 例：電線にぶら下がっても、地面から離れていれば感電しない。
• 抵抗について
  • 抵抗は電気の流れにくさを表す。
  • 導体は抵抗値が小さく、不導体は抵抗値が大きい。
  • 水の流れに例えると理解しやすい。
  • 太いホースは抵抗値が小さく、細いホースは抵抗値が大きい。
  • 電線の太さは流す電気の量に応じて選ぶ。
• オームの法則
  • 1826年にドイツの物理学者オームが発見。
  • V = IR という式で表される（V：電圧、I：電流、R：抵抗）。
  • 電圧、電流、抵抗の関係を示す。
• 電気のエネルギー量
  • 電子の動きが速いほど、電流が多くなる。
  • P = VI という電力の公式（P：電力、V：電圧、I：電流）。
  • 電子レンジやドライヤーのワット数は電気のエネルギー量を表す。

［宇宙一わかりやすい高校◆◆］のうち［物理］は有用だけれども［化学］は無用・不要

オススメ｜人によっては買ったほうがいいかも

ヤメトケ｜絶対に買うな｜船登惟希先生の本は［説明が当を得ていない］［内容がスカスカである］というものが目立つので注意｜ただし化学反応式のヤツだけはいいと思うよ

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