電圧と電流：類似点と相違点は何ですか？

電気の物理学に慣れていない場合は、次のような用語を使用します。電圧そしてアンペア使用方法によっては、ほとんど互換性があるように見える場合があります。 しかし実際には、オームの法則で説明されているように、電気回路でどのように連携するかによって密接に関連していますが、それらは非常に異なる量です。

実際、「アンペア」は電流の測定値です（アンペア）、および電圧は電位を意味する用語です（で測定されますボルト）しかし、詳細を学ばない限り、2つが互いに混同される可能性があることは理解できます。

違いを理解し、二度と混同しないようにするには、それらの意味と電気回路との関係についての基本的な入門書が必要です。

電圧は、2点間の電位差の別の用語であり、単位電荷あたりの電位エネルギーとして簡単に定義できます。

重力ポテンシャルがオブジェクト内の位置によって持つポテンシャルエネルギーであるのと同じように 重力場、電位は、帯電した物体がその位置によって持つ位置エネルギーです。 電界。 電圧は、電荷の単位ごとにこれを具体的に説明しているため、次のように書くことができます。

どこV電圧です、E​_エル はポテンシャルエネルギーであり、qは電荷です。 電気ポテンシャルエネルギーの単位はジュール（J）であり、電荷の単位はクーロンであるため （C）、電圧の単位はボルト（V）です。ここで、1 V = 1 J / C、つまり、1ボルトは1ジュールあたり1ジュールに相当します。 クーロン。

これは、1クーロンの電荷が1 Vの電位差（つまり、電圧）を通過できるようにすると、次のようになることを示しています。 1 Jのエネルギーを得る、または逆に、1ジュールのエネルギーで、1の電位差を介して電荷のクーロンを移動します。 V。 電圧は時々呼ばれることもあります起電力（EMF）。

の要素の両側など、2点間の電圧差（または電位差） 電気回路は、電圧計を目的の要素と並列に接続することで測定できます に。 名前が示すように、電圧計は回路上の2点間の電圧を測定しますが、1つを使用する場合は、接続する必要があります並行して電圧測定値への干渉やデバイスの損傷を避けるため。

アンペアと呼ばれることもある電流（アンペアの単位があるため）は、回路内のあるポイントを通過する電荷の流量です。 電荷は、原子核を取り巻く負に帯電した粒子である電子によって運ばれるので、電流の量は実際に電子の流量を示します。 電流の簡単な数学的定義は次のとおりです。

どこ私は電流（アンペア）であり、qは電荷（クーロン単位）であり、t経過時間（秒単位）です。 この式が示すように、アンペア（A）の定義は、1 A = 1 C / s、つまり1秒あたり1クーロンの電荷の流れです。 電子に関しては、これは約6.2×10です¹⁸ わずか1Aの電流で、1秒あたりの基準点を超えて流れる電子（約60億）。

電流計を直列に接続することにより、電気回路で電流を測定できます。 主電流の経路–電流量を測定したい回路のセクション 使って。

それでも電圧差と電流が果たす役割を理解するのに苦労している場合 電気回路内では、電気と水の間で広く使用されているアナロジーが明確にするのに役立つはずです 物事。 電気回路の電圧を表すには、2つの異なるシナリオを使用できます。丘を下る水道管、または下部に出力注ぎ口で満たされた水タンクのいずれかです。

一端が丘の頂上にあり、他端が底にある水道管の場合、あなたの直感は 丘が高いと水が速く流れ、丘が低いと水が遅くなると言います。 水タンクの例では、2つの水タンクが異なるレベルで満たされている場合、次のようになります。 より低いタンクに充填されたタンクよりも速い速度で出口から水を放出するためのより充填されたタンク レベル。

それが丘の高さからのポテンシャル（重力ポテンシャルによる）なのか、それともポテンシャルなのか タンク内の水圧によって作成されたこれらの例は両方とも、電圧に関する重要な事実を伝えています 違い。 電位が大きいほど、水（つまり電流）の流れが速くなります。

水の流れ自体は電流に似ています。 パイプの1点を通過して毎秒流れる水を測定した場合、これは回路内の電流の流れと似ていますが、電子の形で電荷の代わりに水が流れる点が異なります。 したがって、他のすべてが等しい場合、高電圧は高電流につながり、逆もまた同様です。 写真の最後の部分は抵抗です。これは、の壁の間の摩擦に類似しています。 パイプと水、またはパイプ内に配置された物理的な障害物が水を部分的にブロックしている フロー。

表が示すように、電流と電圧は類似点よりも多くの違いがありますが、いくつかの類似点もあります。 2つの最大の違いは、それらが完全に異なる量を記述しているという事実です。 それぞれの基本を理解すれば、混乱することはほとんどありません。 別の。

電圧差と電流は、電気回路の物理学で最も重要な方程式の1つであるオームの法則に従って、互いに正比例します。 この式は、電圧（つまり、バッテリーまたは他の電源によって生成される電位差）に関連しています。 回路内の電流と、コンポーネントによって生成される電流の流れに対する抵抗 回路。

オームの法則は次のように述べています。

どこV電圧です、私は電流であり、Rは抵抗です（オーム、Ωで測定）。 このため、オームの法則は、電圧、電流、抵抗の方程式と呼ばれることもあります。 この方程式の2つの量がわかっている場合は、方程式を再配置して他の量を見つけることができます。 量。これにより、物理学で遭遇するほとんどの電子機器の問題を解決するのに役立ちます。 クラス。

オームの法則はそうではないことに注意する価値があります常に有効であるため、これは「真の」物理法則ではありませんが、いわゆる物理法則の有用な近似値です。オーミック材料。 電流と電圧の間の線形関係は、フィラメントなどには当てはまりません 球根、温度の上昇は抵抗の増加を引き起こし、したがって線形に影響を与えます 関係。 ただし、ほとんどの場合（そして確かに電圧と電流に関連して尋ねられるほとんどの物理的問題）、問題なく使用できます。

オームの法則は、主に電圧を電流と抵抗に関連付けるために使用されます。 ただし、同じ量を使用して回路で消費される電力を計算できるようにする法則の拡張があります。Pはワット単位のエネルギー伝達率です（1 W = 1 J / s）。 この方程式の最も単純な形式は次のとおりです。

つまり、電力は電流に電圧を掛けたものに等しくなります。 したがって、これは電圧差と電流が類似している重要な領域です。これらは両方とも、回路で消費される電力と正比例の関係を共有します。 電流がわからない場合は、オームの法則（I = V / R）の再配置を使用して、次のように電力を表すことができます。

または、オームの法則の標準形式を使用して、電圧を置き換えて次のように書くことができます。

これらの方程式を再配置することにより、電圧、抵抗、または電流を電力および別の量で表すこともできます。

キルヒホッフの法則は、電気回路に関する他の最も重要な2つの法則であり、複数のコンポーネントを含む回路を分析する場合に特に役立ちます。

キルヒホッフの最初の法則は、現在の法則と呼ばれることもあります。 接合部に流れ込む電流は、接合部から流れ出る電流に等しくなります–本質的にその電荷は 保存されています。

キルヒホッフの第2法則は電圧法則と呼ばれ、回路内の閉ループでは、すべての電圧の合計がゼロに等しくなければならないと述べています。 電圧の法則では、バッテリーを正の電圧として扱い、コンポーネントの両端の電圧降下を負の電圧として扱います。

オームの法則と組み合わせて、これら2つの法則を使用して、電気回路に関連して発生する可能性のある基本的にすべての問題を解決できます。

30Ωと15Ωの抵抗で直列に接続された12Vバッテリーと2つの抵抗器を含む回路があると想像してください。 回路の合計抵抗は、これら2つの抵抗の合計で与えられるため、30Ω+15Ω=45Ωです。 抵抗器が並列に配置されている場合、関係には逆数が含まれますが、これは重要ではないことに注意してください。 電圧差と電流の関係を理解し​​ているので、この簡単な例で今のところ十分です 目的。

回路を流れる電流は何ですか？ 読み進める前に、オームの法則を自分で適用してみてください。

次の形式のオームの法則：

あなたが計算することができます：

さて、回路を流れる電流を知っていると、15Ω抵抗の両端の電圧降下はどのくらいですか？ この問題に対処するには、標準形式のオームの法則を使用できます。 の値を挿入する私= 0.27AおよびR=15Ωは次のようになります。

キルヒホッフの法則を使用するために、これは負の電圧（つまり、電圧降下）になります。 最後の演習として、閉ループの周りの合計電圧がゼロに等しくなることを示すことができますか？ バッテリーには正の電圧があり、すべての電圧降下は負であることを忘れないでください。