aka:電気回路におけるボルト

• 電気回路におけるボルト
  • References
    • http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%9C%A7
    • http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B0%97%E5%9B%9E%E8%B7%AF
  • Memo
    • 「1(C)の電荷が1(J)の仕事をする電圧(=電位差)が１(V)なのです。」 http://www.geocities.jp/jun930/ele/voltage.html
    • なるほど。二地点の間の電位の差が電圧なんですね。だが、電気回路にて何故電圧が発生するのかがわからない。
    • 電圧の測り方から探る。「電圧の測定には、明示的または暗黙的な2つの測定点の指定が必要である。電圧計で電位差を測る場合、2本の導線を測定対象の2点に接続しなければならない。http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%9C%A7 一般に「電圧」という言葉は、抵抗器などの電気部品における電圧降下を指す。それはすなわち、共通基準点（接地）とその電気部品の2つの端子との電位差の差ということになる。電気回路の2点を完全な導体（電気抵抗が0）で接続すれば、その間の電位差は0になる。ここで、その回路の中で電位が等しい（他の）2点を接続しても電流は流れない。」http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%9C%A7
    • 接地って正確には何なんだろう？
    • http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8E%A5%E5%9C%B0 を読んでみる。
    • この説明がわかりにくい。「電気機器や電子機器、電気設備などが金属の筐体に収納されている場合、筐体が大地に対して電位を持ち、人が触ると感電して火傷を負ったり死亡したりする危険がある。これを防ぐために、これらの機器や設備を大地に接続してその電位と大地の電位との差を十分に小さく（理想的には 0 ボルト）する必要がある。」
    • まず大地ってそんなに電気伝導性が高いのかね？　そして筐体が大地に対して電位をもつんじゃなくて、筐体が帯電する（余分な電荷を持つ）ってことじゃないのか？　この場合は電子なんで負の電荷。それを濡れた手でさわると水は電気伝導性がよいので、電子が人に移る、と。ああ、そういう意味でいうと水分を含む大地はそこそこの電気伝導性があるかもしれない。
    • 冬場のホテルなどでおこる静電気は、靴が絶縁性が高い状態で、摩擦で発生した電子が人体に帯電し、ドアノブ等の金属に近づけたときに、急速に放電し、電荷の移動が電流となり熱他の他の物理現象をも起こすということだろう。
    • 理解を試みる。化学現象等によって、物体を帯電させることができたということは（イオン化と同義かも）、それは電場を発生させているということだ。電気力は非常に強いため、基本的にはプラスとマイナスの電荷は原子・分子レベルのミクロでバランスしており、マクロ的には電場は表われない。電荷のマクロ的なアンバランスを発生させたのだ。
    • この状態は、私が私の質量によって万有引力の場を作っているのと類似の状況である。その場を使って、なんらかの仕事をさせることも可能であろう。
    • 違いは電荷は正負があり打ち消しあえるということと、電気力が非常に強いということと、電荷が電子や正孔として物質内または物質間を移動可能なこと。
    • 帯電している状態というのは、周囲と絶縁しているということであり、その結果、周囲の空間に電場を作り、その空間にある電荷に電位を発生させている。絶縁された先の世界は、バランスされているとするとそこはみな等電位であり、その「みな」には大地も含まれているから、バランスされた世界のエイリアスとして「大地」を使うのだろう。
    • なお、地球を巨大な導体と考えると、それは人の生活のスケールでいえば、底無しの導体というか、無限に電荷をバランスするものと考えてよいだろう。
    • さて、上記文章でひっかかるのは、「筐体が大地に対して電位を持ち」の部分だろう。間違いではないが、はしょりすぎじゃないか、と思う。
    • 電気回路の電圧、電位、ボルトの理解にとりかかろう。
    • まず、導線の存在。
    • 完全な導線の中では、電荷は何ら阻害なく移動可能である。すなわち、導線の中では電位は存在しえない。電位をつくろうとすると、その電位にあわせて電荷が移動して、それを打ち消す電場をつくって中和してしまう。
    • 続いて電池の存在。（交流はややこしいので、当面直流だけ考える。またここでは理解がたやすい化学電池のみ扱う）
    • ここの説明がわかりやすい。http://pks.panasonic.co.jp/kyoushitsu/lab/lab10bat/l100101.html
    • 需要だけでも供給だけでもだめで、需要と供給があるところを導線で結ぶから電荷が移動しつづけて、電流になるわけだ。
    • また、2つの電極を比べると、電荷のアンバランスが発生しているので、そのまわりの空間には電場が発生しており、導線に沿って電位を考えることができる。その差が電圧。
    • 電極をつなぐのが理想的な導線であるとすると、化学反応が許す最高速度（これがその電池の発電能力の上限であり、何々ボルトの電池というのを決めているのだろう）で反応が進み、化学反応する素材を早晩すべて消費し、電荷は発生しなくなる。
    • 導線の一部に完全な絶縁体を入れると、電荷の移動ができないので、多少反応して電荷を発生させた後、電荷の導線移動による化学反応促進ができないため、電荷の発生が停止する。
    • この二つの極端の間に、各種電気回路素子がある。例えば、電球、モータ。それぞれの素子は、電荷の移動を利用して他の物理現象を発生させる。
    • 例えば電球は、電荷の移動を熱に変えて、電球内のフィラメントの温度を上げて発光させる。
    • 温度が上がる程、熱（原子の振動）によって金属は電荷が移動しにくくなる。なので、電球を入れた瞬間は大電流（電荷の大量移動）が発生し、明るくなるとともに、電流が小さく（電荷の移動少く）なり、均衡する。
    • この均衡状態において、正極につながっている側の導線は、正極と同じ電位であり、負極に繋っている側の導線は負極と同じ電位である。すなわち、違う言い方をするとその電球の両端の電位差は、常に電池が発生しうる電位差に等しい。このような回路素子の前後における電位差を電圧降下と呼ぶ。
    • これで電気回路におけるボルトについてはわかった。
    • 続いて、電圧を利用した通信を考えてみよう。
    • これは半導体素子を使えば簡単にできそうだ。
    • 半導体素子は、電圧を「横から」かけることによって、電流の流れを制御できる。
    • 二つのコンピュータの間に電気回路を構成する。その回路は、電池と、それぞれのコンピュータの中の半導体素子をひとつずつ含んでいる。
    • 情報発信側では、発信内容のバイナリにあわせて情報発信側の別の回路によって、発信側半導体にかける電圧を変化させる。
    • それによって発信側半導体の抵抗が変化するので、受信側半導体にかかる電圧が変化する。
    • 受信側半導体にかかる電圧が変化し、その受信側半導体は受信側コンピュータのなかの別の回路の一部でもあり、そっちの回路における受信側半導体の抵抗値を変化させる。
    • 実際にこのようにしているかは別として、電圧をつかってこのように情報伝達することは可能ではある。
    • 非常に原始的だが、多少理解は進んだ。
    • 電気回路や半導体をいつの日かちゃんと学んでみたいものだが、今はそれが目的ではないので、このぐらいで先に進んでみよう。aka:Ethernetへ戻る。