1.4.1 起電力・電圧および電流の向きの表し方

電池などの起電力や、抵抗の両端に生じる電圧の向きは、電圧の低い方から高い方に向けて矢印がかかれる。

電流は電位の高い方（正極）から低い方へ（負極）と流れるため、起電力により電位が押し上げられた方向を起点に、電圧降下により電位が小さくなる方向へ向けて矢印がかかれる。

下図のように、起電力の矢印と電流の矢印の向きは同じ向きとなるが、抵抗両端の電圧の向きは、反対の向きとなる。
これは電流を妨げる方向に働くため、逆起電力であると仮定することができる。

図1.4-1 起電力・電圧および電流の向きの表し方

1.4.2 電圧と電位・電位差

電気回路をイメージするとき、一般的に水流に例えられることが多い。

図のように、ポンプで水をくみ上げると、水位の高い場所と低い場所が生じ、水位差が生まれる。
このときバルブを開くと、水位差によって導水管内に水流が生じ、水車が回転する。

これを電気回路に対応させて考える。

まず、ポンプは電池（起電力）に相当する。
ポンプに水が流れ込む側を負極、くみ上げられた水が蓄えられる側を正極とみなすことができる。

ポンプによって水が高い位置へ運ばれることで、水位の高い点と低い点との間に水位差が生じる。
電気回路では、この水位差に相当する量を電位差と呼び、これを電圧という。

また、バルブはスイッチに相当し、バルブを開くと水が流れるように、スイッチを閉じることで電流が流れる。

このように、電位差（電圧）によって生じたエネルギーにより、水車が回転するのと同様に、電気回路では負荷に電気エネルギーを供給することができる。

図1.4-2 電気回路と水流

【因みに】
水路が途中で細くなると、水の流れが変わるように見えるが、水が流れ続けて安定した状態では、単位時間あたりに流れる水の量自体は変わらない。

細い部分では流速が速くなることで、全体として流量が保たれている。
電気回路においても同様に、導線の太さが変わっても、分岐しない一つの閉回路である限り、その経路に流れる電流の大きさは一定に保たれる。


この性質を電流の連続性という。


ただし、導線が細くなると抵抗が増加するため、
その部分での電圧降下が大きくなり、発熱しやすくなる。

この記事について

参考文献
・「電気基礎（上）」コロナ社　著：宇都宮 敏男／高橋 寛／和泉 勲
※本記事は、上記文献を参考にしつつ、筆者の理解に基づき整理したものである。


記事作成
株式会社マリンテクノサービス
info-jp@marinetechno.jp

【電気の基礎シリーズ｜第1章　直流回路】