電力


電位の高いところから低いところへと電流は流れる。上空に電位差が生じて発生する雷も同様だ。雷では一度に数十クーロンという大きな電荷が流れる。しかし一度流れてしまうと、電流が流れる原因であった電位差もなくなってしまう。
2つのタンクの一方から一方へと水を流すには、水位の差が必要だ。これが電位差に対応する。水位の差があると通常私たちは「水圧」がかかるなどという。これと同様な言い方が「電圧」だろう。回路に電流を流す時、回路に電圧をかけるという。この電圧はelectro motive forceという。電気的な駆動力。電荷を運動させる力、というイメージ。

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しかし、電位差がなくなれば電流はなくなる。回路に定常的に電流を流すには、もとの電位差を常に維持するように流れた電荷を汲み戻すポンプが必要だ。電源はこの役目を果たしている。

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ポンプで汲み戻して、常に一定の電位差を保てば、電気の流れも一定である。

ではこの時、ポンプである電源はどれだけのエネルギーを使って汲み戻すのだろうか?

電位差 V を保ちながら、Δt 時間にΔQ の電荷が流れているとしよう。

この時電流の大きさはどう表わせましたか?・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ DEFCUR.GIF (396 バイト) を思い出した?

電位差 V のところをΔQ の電荷を移動させるとき、電荷が得るポテンシャルエネルギーは次のように書ける。

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これは即ち、電荷ポンプである電源が消費するエネルギーである。特に単位時間あたり消費される電気的エネルギーは電力 P と呼ばれる。単位はワット(W)だ。電力は上の関係式から次のように書き直せる。

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電力は電流×電位差。これは絶対覚えておこう。

回路を流れる電荷は、電源(電池)を通過する時にこのエネルギーを得て、回路の抵抗を通過する間に失ってしまう。そのエネルギーは抵抗を通過する時、原子の振動などの熱エネルギーに変わって散逸していく。