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コンダクタンス

2009 - 06/30 [Tue] - 17:45

 『オームの法則』は中学生くらいの理科で習ったような気がしますが,現在のカリキュラムではどうなっているのでしょうか?この法則は電気回路を学習するときにもっとも基礎となるもので,シンプルにして,それでいて大変奥の深い法則です。オームの法則は通常,以下のように表現されます。

    

 ここで I は『電流』,R は『抵抗』,V は『電圧』を表しています。複雑な電気回路であっても,この法則に当てはめることで,電流や電圧の計算が可能になります。上式をみればわかるように,この法則の本質は,

    『電流は電圧に比例する』

ということです。仮に「1/R」の部分を「G」という比例定数に置き換えると,

    

のように見慣れた1次式の形になっていて,I は V と比例関係にあることがよくわかります。それではここで,各文字の意味をもう一度考えてみましょう。

 まずは I ですが,これは『電流』でした。電流は「電子の流れ」であり,単位は『A(アンペア)』です。1[A]は「ある断面に1秒間に1[C](クーロン)の電荷が流れること」と定義されています。ここで『クーロン』とは電荷(電子が持っている負の電気)の単位を意味しており,電子1個は1.60×10-19[C]の電荷を持っています。したがって「電流が大きい」とは「1秒間にある断面を通過する電子の数が多い」ということを意味していることになります。

 次に V ですが,これは『電圧』でした。単位は『V(ボルト)』です。電圧の概念は非常に難しい(と僕は思う)のですが,比喩的に表現するならば「電流を流し出すための圧力」ということになるのでしょうか。例えば水道などから水を流すためには『水力』を高める必要があります。水圧を高める方法はいろいろありますが,水位を高めることでも水圧は高まります。電圧もこれと同じで,電流を流すためには『電圧』を高める必要があります。電圧は『電位』を高めることで高くなります。つまり,電位を基準部分(0[V]のところ)よりも高くすることで電圧が高くなるということです。このときの電位の違いを『電位差』といい,電位差が大きくなるほど電圧が高くなり,より多くの電流が流れることになります。

 最後にRですが,これは『抵抗』でした。抵抗とはその名の通り,「電流の流れにくさ」を表しており,『Ω(オーム)』という単位で表されます。

 それではオームの法則に登場した『1/R』は何を表しているのでしょうか?Rが抵抗で,電流の流れにくさを表しているのなら,その逆数は「電流の流れやすさ」を表しているのではないかと推察できます。この『流れやすさ』のことを『コンダクタンス』といい,『S(ジーメンス)』という単位で表現されます。つまり,先ほど登場したGという比例定数は,コンダクタンスという電流の流れやすさを示す指標として使える概念だったのですね。

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プロフィール

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 専門は心理統計学で構造方程式モデリングを中心に探索的分析法の研究をしています。

 ・著書:5冊
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 ・査読論文:4本
 ・紀要論文:2本
 ・報告書等:2本
 ・国際発表:5回
 ・国内発表:12回

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