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はじめに

どうも。オウムガイルです( ̄▽ ̄)

今日から少しずつ、僕が電験3種勉強した時につまずいた事を中心に書いていきたいと思います。これだけシリーズは、ベストな勉強範囲で合格点に導いてくれる優秀なテキストだと思うんですが、いかんせんど素人向けの解説が少ないので、そこをなんとかしないといけません。

うっ(ー ー;)

ってなった時に役に立てるような記事を書いていきたいと思いますので、よろしくお願いします。

では早速、電験3種を理解、いや、電気を知る時の根幹となる電圧について、そもそもそれってなに?的なことを書いてみたいと思います。

えー。そんなんいる?

って思ってるあなた!

ど素人は基本概念が把握できていない状態です。分かったふりしてたら、後悔するかもしれませんよぉ~。 もしご意見ご質問などございましたらお気軽にどうぞ!

 

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僕の理解度

ど素人レベルの僕は、当初この電圧の理解に苦しみました。

だって、電験の本って、

電圧なんて分かってて読んでんだろ( ̄▽ ̄)

とでも言わんばかりに、さらっと流されてしまいます。

ですので、あっちこっちのWEBサイトを渡り歩いたり、本屋で立ち読みしたりして、なんとか理解するという、なんとも非効率な勉強を繰り返す事となってしまい、時間が普通の人の倍以上はかかる事になります。

そんな人の助けになれればと思いますので、もしいまいち理解できていないって人がいたら、ぜひ参考にしてみてください。

電圧についてテキストに載っていない事

冒頭もお話したように、これだけシリーズには電圧についての詳しい概念や定義は解説されていません。

また、電験の勉強は範囲が広く、それぞれ密接に関係していますので、雑学も交えながらでも、ある程度理解を深めておいた方が、ど素人には賢明なやり方になるかと思います。

それではいってみましょう(^.^)

wikiペディアの解説

まず最初に調べたのはウィキペディアです。

非常に多くの情報が無料で公開されるウィキペディアはとっても便利です♫

【wikiでの解説】

電圧(でんあつ、英語: voltage)とは直観的には電気を流そうとする「圧力のようなもの」である。単位としては, 国際単位系(MKSA単位系)ではボルト(V)が使われる。電圧を意味する記号には、EやVがよく使われる。

電圧は二点間の電位の差[1]として定義される。しかし電位の概念は静磁場に対して定義されるものであり、交流回路などこの条件を満たさないケースでは電磁誘導による起電力が原因で経路非依存な電位差はそもそも定義できず、したがって電圧の概念も定義できない。

しかしながら少なくとも学部レベルの教科書[2]では、準静的近似を行う事で経路依存の問題を回避している。 ここで準静的近似とは、(交流の周期が十分長い為)電磁場の変化が十分遅い、という状況における近似である。 こうした状況では前述の電位差の経路依存性は非常に小さく無視できるので、電位差を電圧の定義として使用できる。

なお電磁気学では電磁誘導の効果を考慮して電位の概念を補正した、電磁場のスカラー・ポテンシャルという概念があり、この概念の場合は(近似をしなくとも)前述の経路依存の問題が生じない。

wikiペディア_電圧

これがその情報ですが、まー難しい言い方で分かりにくいw

ど素人には、こんな感じで書いてもらわないとだめです。

  • 電気を送り出すパワーの源みたいなもんです
  • 値は近似値(だいたい)です
  • 2点間のパワーの差を電位差と言って、これも電圧です

これならなんとなくわかる気がしますよね。

電圧については、あまり教科書なんかには詳しく載っていませんでしたが、厳密には完全に正確な値というわけではないようです。ようは、

大体この値が近いからこれで計算しよう。

ってことで値が決められています。

でも近似値として計算しても、いろいろとつじつまが合うのは非常に不思議な世界ですよね。

当然ですが、電気は存在はしていそうだけど、目には見えないものを定義しています。

したがって、電圧についても、

電気を押し出す圧力(パワー)のようなもの。

ていう程度の認識が正しいと思います。

これを人間が考えやすいように定義して、電圧って言う事にしよーぜって誰かが決めたんです。

もしまだ電気が発見されていなかったら、おそらくみんな武士の世界にまだいたでしょうねw

北海道でんき保安協会の解説

僕は、北海道でんき保安協会さんのホームページが分りやすくてよく見ます。

そこでも、電圧について分りやすく書かれていますのでご紹介します。

【北海道でんき保安協会の解説】

電気の流れをよく水の流れにたとえます。どこにでもある川の流れを考えてみましょう。

川の水は上流より下流に流れることは誰もが知っていることです。上流つまり高い位置にある水は、低い位置にある水よりも位置のエネルギーが大きいため水位の高い上流より水位の低い下流に向かって水が流れるということです。

電気の流れである電流も、全くこれと同じで水位に相当するのが電位であって第1図のようにA、B両帯電体の間に電位の差があれば、これを電線でつなぐと、電 流は電位の高い正の帯電体Aから電位の低い負の帯電体Bの方に流れます。この正の帯電体Aと負の帯電体Bとの間にある電位の差、つまり電位差を電圧といい ます。すなわち電気の圧力により、物質をかたちづくる原子内の自由電子が移動し電流が流れます。この電流を流そうとする電気の圧力が電圧ともいえます。

www.hochan.jp

さすが保安協会さんです。非常にわかりやすい!

よくある水流に例えた解説ですが、僕が独学でやっている時にすっぽかしてしまった、

電位差(でんいさ)

について盛り込まれているところがあっぱれです(*´∇`*)

僕は、水流だけで理解してしまっていましたので、2点間の電位差に関する問題が出てきた時に、訳が分からなくなってしまいましたw

電圧について勉強する時は、電位差を意識して勉強していくが大切ですので、しっかり押さえておきましょう。

電圧について押さえておくべきポイント

電圧については、上記2つの解説を読めば大体理解が進んでいくと思います。

これ以上深い解説を求めてしまうと、迷宮に入ってしまう可能性もありますので、ここで、電験3種で必要だと思う3つのポイントに絞ってポイントを整理してみたいと思います。

電流を流すためのパワーの源

これは、電圧というものを直感的に把握するために必要な考え方で、一番イメージが掴みやすいと思います。

電圧とは、文字通り気のです。

電流を流すためのパワーの源を電圧と呼んでいると思っておいていいと思います。

ちなみに、電圧はVまたはEであらわされることが多いです。

2点間の電位差である

電位とは、電気エネルギーのポテンシャルの大きさ(高さ)の事を言います。

平たく言うと、

元気玉の大きさ(-"-)

ん?わかりにくい?

かめはめ波の大きさ(。-_-。)

まだあかん??

僕はこの例え、分かりやすいと思うんですけどねー( ̄▽ ̄)

ようは、電気的なエネルギーの大きさ(高さ)の事を電位というみたいです。

その大きさが、ある点とある点で差があると、電気はエネルギーの大きい(高い)方から小さい(低い方)へと電流が流れる性質があります。

そんでその差の事を、

電圧。

というと定義されています。

この解説は、先ほどの北海道でんき保安協会さんのページを読めばわかりやすいと思います。

何度も言いますが、僕はこれを初めにすっぽかしましたw

みなさま、お気を付けくださいましm(_ _)m

電圧には電気の作られ方によって2つの性質がある

電圧について、もう一つ押さえておいた方がいいところがあります。それは、

作られ方によって2つの性質を持つ電気が存在する。

という事です。

電気には、直流と交流があります。これが、作られ方によって違う性質を持つものという事になります。まずは、それぞれの性質についてみていきましょう。

◆直流の電圧について

f:id:buriburimaster2018:20190106232309p:plain

いきなりグラフ書いてみましたが、これが直流の性質です。

直流の電圧は、一定の大きさ、一定の方向でパワーがかかるイメージです。

ちなみに英語でというと、

DC=Direct Current(ダイレクト・カレント)=直流

と言います。

用途としては、乾電池やバッテリーからの電圧は直流の性質のパワーがかかります。

昔に遊んだミニ四駆なんかのモーターも、DCモーターと言って、直流で動く性質をもったモーターなんです。(電池で動くでしょ?電池から出る電圧は直流なんです)

ま、比較的イメージしやすいところなのでこの辺にしておきますが、問題は交流です。

僕は交流回路でずいぶん苦労しましたので、皆さんはしっかり理解しておいた方がよいと思います。

◆交流の電圧について

f:id:buriburimaster2018:20190106232301p:plain

ここもいきなりグラフかよって感じですが、これが交流の特性を持った電圧です。

僕は高校数学から復習を始めた人間なので、このグラフの見た目で挫折しましたが、ここはしっかり押さえる必要があります。

交流の性質を持つ電圧は、その時その時で値や向きが変わる性質があります。

なんでこんなややこしい電気を作るんだ(-"-)

と、ぼくは初めにそう思いましたが、これにはちゃんと意味があるようです。

それは、

  • いざという時の遮断が簡単
  • 初期投資が安くすむ
  • 電圧の上げ下げが容易だから

だそうです。

ちなみに英語で言うと、

AC=Alternating Current(アルタネイティング・カレント)=交流

と言います。

用途としては、家庭用の電源でよく使われています。みなさんも、プレステ2やスーファミ、、、いや、古いかw

ゲームを家でやるときなんかは、

ACアダプタ挿して!

なんてよく言うと思いますが、あのACも交流の略語なんですね。

ちなみに、アダプタとは変換するという意味です。

つまり、『交流電圧を変換するプラグ』という意味を持ち、最終的には直流電圧へと変換され、僕たちがゲームをできるようになるわけです。

その他の家電製品も、すべて直流の電圧を使って動作します。

家まで交流電圧で送られてきても、家電製品の中では直流電圧に変換されて使われているという事になりますが、それを差し引いても交流のほうが何かと都合がいいということなんでしょうかね。(一部では、直流送電のメリットを見直す動きもあるようですが)

もう一つ雑学ですが、東日本と西日本で電源周波数が違うのをご存じだと思います。

西日本は60Hz、東日本は50Hzなので、昔はよく家電製品を買うのに注意しなければならなかったのですが、なぜそんなにややこしくなっているのか。

それは、一番初めに設置した発電設備が、東日本ではドイツ製で50Hz西日本ではアメリカ製で60Hzだったからだそうです。

案外、簡単な理由で今のルールが決まっているもんなんですねーw

理科の復習

ついでに、小学生の理科の復習はいかがですか?

長い間勉強してなかった人は、ど忘れしているところもあると思いますので、よかったらかる〜く復習してみてください。

直列つなぎ

まずは電池の直列つなぎからです。

小学生のころは、電池で覚えさせられましたが、電験チャレンジャーは、直流回路の直列つなぎとして理解してみましょう。

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へたっぴな絵でもうしわけないですが(-"-)

直流電源が縦に2個、すなわち、同じ向きに2個続けて接続されると、電圧が加算されます。よって、おじさん(電球)の抵抗値は変わらないので、オームの法則から、流れる電流が大きなり、電球が明るくなるのですね。

ちなみに、パワーをたくさん出す分、電池の減りは早くなります。

んー。なつかしい(-"-)

並列つなぎ

次は、電池の並列つなぎです。

同じく、直流回路の並列つなぎとして考えてみます。

f:id:buriburimaster2018:20190107165314p:plain

同じ極同志をつないでいますので、並列つなぎと言いますが、この場合は、電圧は変わりません。おじさん(電球)の抵抗値は変わりませんので、オームの法則を使っても、流れる電流の大きさはかわりませんので、明るさは変わりません。

ちなみに、この場合の電池の減りは遅くなりますので、長持ちするという事になります。

小学生の理科、忘れかけてませんでしたか?

僕は、、、やばかったですw

電圧のややこしいところ

電圧についてややこしくなってくるのは、交流の電圧になってからだと思います。

交流では、単相交流と三相交流に分類されて、電験3種で出て参ります。

はっきりいってややこしい(-"-)

です。

ここでは、電圧のそもそも的なお話をメインにしていますので、交流の電圧については、また今度記事を考えたいと思いますが、今回解説した電圧のお話は、必ず役に立つと思います。

それでは今日はこの辺で(^.^)

僕の長文にお付き合いくださり、誠にありがとうございました♬


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