電子工学

電気と電子、なにが違うの?(流れ編)基本的に、わかりやすく説明

電気と電子のちがい(電流編)

電気と電子の違いを、この記事では、その物の流れの観点から、解説いたします。

他記事にも、記述したように、「電気」と「電子」は根本的に違います。

あの、頭の痛い定義・・・電流(電気・電子の流れ)について考えてみましょう。
では、何の・何が、流れるのでしょうか?

電流

電流とは、気がれる、を意味しますが、

電気の発見 歴史から整理すると、

  • 電気は、わからないけど何かが(仮に(電気が))流れる
    (電気はプラス(+)からマイナス(-)に電気が流れる(電子の発見(誕生)よりずっと前から長い間決めていた、決まり事))
  • 電気は、あとからわかった(電子)が流れる
    (電子は(そもそも(e⁻)マイナスなので、 つまり、プラス(+)に流れる))
    (電子だけでなく、イオンの流れもある(便宜上この記事では、電子で相称します))

 

電流の正体

上記のように、何かが流れている決まり事での電気では、正体は、もちろんわかりません。
あとからわかった電子の流れが、その答えとなります。

電子の流れ

勿論、流れがあるのですから、その流れ道(導体(金属など))の中で自由に動ける電子(自由電子)の流れとなります。

導体

電子がよく流れるものの物体を導体と言います。

私たちの身の回りで、電気がよく通るもの、電気がよく流れるもの、「金属」が一般的で、その金属のなかでも、人類が昔から慣れ親み、現在でもよく加工され、身近な「銅」もその代表格です。

銅原子モデル

自由電子

導体の身近な「銅」。 その銅からできている銅線、これを電子の流れから解説いたします。

原子番号29番の金属で、銅の原子は原子核のまわりの殻(内側から)順に2、8、18、1個の計29個の電子があります。
一番外側の殻にある電子が配列上1個しかなく、(外側に行くほど原子核との結びつきが弱い)、この原子自体に何等かのエネルギーが加えられるとその力は、この一番外の電子1個に集中され(不安定となり(いやになり))外へ飛び出します。

この、いやになって飛び出す(自由になる(自由電子))の存在で、電子の流れとなり、銅は電気が流れやすいものとなっています。

銅自由電子モデル

自由電子の流れる向き

先に習った、電気は、なにかが、プラス(+)(正極)から マイナス(-)(負極)に流れる、その決め事ではなく、実際に発見された物体「自由電子」が流れています。

その「自由電子」自体は負の電気を帯びています、つまり(-)、結果として引合う(+)へと流れが生じます。

結論 : 電子(自由電子)は、マイナス(-)負極からプラス(+)正極に流れる。

ここで、「電気の流れ」と「電子の流れ」は「逆向き」となるのです。

 

電気と電子の流れモデル

電流の大きさ

電流とは自由電子の流れ、1秒間にどれだけ流れる定義を(電流の大きさと)表します。

まず、より大きく流れる現象として考えると、電流の大きさは、

  • 自由電子が、より速くその部位を流れる。
  • 自由電子が、より数多くその部位を流れる。

電流の大きさ : 自由電子が導線、その断面を1秒間に通過する量(上記図の導線断面部位等)

  • 電気の量を量る単位をクーロン(C)
  • 1秒間に通過する電気の量を、電流の単位としてこれをアンペア(A)記号として(I)

 

まとめ

電気と電子の違い、電気はある物がプラスから流れるではなく、後から発見された(自由電子)の発見で、長い間、考えられてきた電気の流れの向きが逆であった。

  • 電流は、導体の自由電子の流れ
  • その自由電子は、マイナス(-)の電荷を持っているため結果、プラス(+)に流れる
  • 大きさを表す、単位は「A」、記号は「I」

つい最近(120年前)に発見された原子・電子の存在から、いまさら逆に流れると困惑するこの定義ですが、割り切って覚えるしかないです。

結果

・物理を中心とした場面では、自由電子、イオン等の思考がでより重視された方が良いと思います。
・電気を中心とした考えは、通常は「+」→「ー」で考え、自由電子的な局面に遭遇した場合のみ思考の逆で注視された方が良いと思います。