電流と電荷(I=Q/t)、電流と電子の関係

電流と電荷(I=Q/t)、電流と電子の関係

 

こちらのページでは高校物理における電磁気学の基本である

 

・電流と電荷(I=Q/t)の関係

 

・電流と電子の関係

 

について解説しています。

 

 

電流と電荷の関係(I=Q/t)

私たちが生活する中で家電製品などを使用する際、「電流」が~A程度流れるという表現を使う時があるかと思います。

 

それでは、そもそも電流の定義は何かを考えていきましょう。

 

電流とは金属板や金属線等の電気流す物質中の断面を単位時間あたりに通過する電荷の量のことです。

 

電流は以下の式で表すことができます(I=Q/T)。

 

 
ここで、Iが電流値、Qがある断面を単位時間あたりに通過する電荷の量、tは時間を表しています。

 

また、単位変換も重要であり、[C(クーロン] = [A × s]で表されることも覚えておきましょう。
1000mA = Aであることに注意しましょう)

 

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電流と電子

電流は単位時間あたりに金属などの電気を流す物体中を流れる電荷の量と
解説しましたが、電子とも深い関係があります。

 

電流の向きは正の電荷が移動する向きと一致することが決められています。

 

つまり、電池などの反応のおいて
電子が移動する向きと電流の向きは常に逆方向となっています。

 

また、なぜ金属は電気を流しやすいのか?も解説しますと、
金属は金属中の陽イオンが配列しており、周りに自由に動ける電子(自由電子)が存在しこの電子が動くため電流を流すことができるのです。

 

次にこれを数式化すると以下のようになります。

 


(※本来は電子は負の電荷のため、-の値となりますが簡単にするため、  電気素量をそのまま使用し、Iの値が正となるようになっています(※I=envsの導出方法の詳細はこちらで解説しています)。

 

上式のポイントを簡単に解説します。

 

電気素量eは一定値であり、導線を通過する単位体積当たりの電子の個数nは電流の大きさにより変化します。電子の速さvは状況によっても変化しますがおおよそ数mm/sです。

 

また、断面積は使用する導線により変化します。

 

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