「電流」

 

電気を学習していると、電流という単語が頻繁に出てきます。

みなさん、電流って、知ってますか？

「電流でしょ？うん、知ってる知ってる。あの電流のことよね」と答える人がほとんどでしょう。

じゃあ、その電流ってどんなものなのか説明してほしいとお願いされたら、すぐに答えられる人は何人いるのでしょうか？

「聞いたことある」、「何気なく使ってる」けれど、電流が本当にどんなものあるかは知らない人が多いのでは。

テレビのスイッチを押して好きな番組を見ることはできるけれど、どうしてテレビの画面が映るのかなどの仕組みは全くわからない、というような感じでしょうか。

電流とは、「電子の流れ」です。

…うーむ。

なんだかわかったような気になるのですが、そもそも電子とは何なのでしょう？

まずここで、電気の基礎中の基礎である「電子」や「電荷」について説明し、最後に「電流」についてお話します。

電子

この世界に存在するすべての物体は、とても小さな粒子である「原子」というものから構成されています。

原子はプラスの電気の性質を持つ原子核と、マイナスの性質を持つ電子からできています。

厳密にいうと、原子核は電気的にプラスの性質を持つ陽子と、プラスでもマイナスでもない中性子から成り立っているのですが、ここでは中性子の説明は省略します。

原子核を中心に、マイナスの電子が回ってます。

その電子が回る場所を「軌道」とよびます。

例えば、ヘリウム原子は、原子核を中心に電子が2個回っています。

リチウム原子なら電子が3個、ベリリウム原子なら電子が4個、ということになります。

この数は、元素周期表で確認できますね。

いわゆる、「すいへーりーべーぼくのふね…」で学生時代に覚えた、あの周期表です。

横道に逸れますが、この周期表、おもしろいですよ。

安定した原子は、「電子の数」と「陽子の数」が同じです。

ヘリウムには陽子の数が2個、電子の数も2個ですが、陽子はプラスの性質、電子はマイナスの性質を持つため、

＋2（陽子）+（－2）（電子）＝ 0

となり、プラスにもマイナスにも偏っていない、つまり「バランスがとれた状態」になっている、ということです。

さて、半導体によく使われ、「シリコン」とも呼ばれるケイ素(Si)は、電子が14個あります。

一番内側の軌道（K殻）には電子が2個、その外側の軌道（L殻）には電子が8個入っていて、この数はそれぞれの軌道の最大電子数です。

一番外側の軌道（M殻）には電子が4個入っていて、電子数は合計14個。

原子核の中にある陽子と電子には、お互いに引きつけ合う「クーロン力」が作用しています。

この一番外側の軌道を回る電子は、原子核から距離が離れているので、クーロン力が一番弱くなっています。

そのため何らかの力が加わると、一番外側の軌道（M殻）の電子が原子の外まで飛び出してしまうことがあるのです。

原子核とのつながりがなくなった電子は自由電子となって、物質内を移動し始めます。

このように軌道から電子を外して、物質中を自由に移動できるようにしてあげると、電子が流れます。

この電子の流れが、「電流」なのですね。

電荷

正確にいうと、電子の持っている電気の量、つまり「電荷」が流れると、電流になります。

ただ、

ということに注意してください。

この電子と電流の関係については、後ほどの「電流」で再度説明します。

電荷の記号はQで表され、単位には[C]（クーロン）を使います。

電荷には正と負があり、それぞれ正電荷、負電荷といいます。

同じ符号同士の電荷は反発し合い（斥力、せきりょく）、異なる符号同士の電荷は引きつけ合います（引力）。

磁石のS極とN極に似てますね。

電荷と磁石、似ていいますが、実は大きな違いがります。

電荷はプラスの電荷やマイナスの電荷が、それぞれに存在することができるのですが、磁石の場合、N極とS極が単独で存在することはできません。

電流

電荷でも触れましたが、電流は電荷の流れのことです。

また、

と、定義されています。

「負電荷を持つ自由電子が動くときというのは、正電荷が逆向きに動く」、とも言えますね。

つまり、

なのです。

電流は記号Iで表され、単位には[A]（アンペア）が使われます。

電流の大きさというのは、

で定義されます。

つまり、

「1[A]の電流とは、ある面を1[s（秒）]の間に1[C]の電荷が通過する」

ことを意味します。

ちなみに、電子の電荷は1.602×10-19[C]です。

上記の情報をもとに式を立てると、

となります。

ある面を1秒間に通過する電荷が1Cなら、1Aの電流が流れる、ということです。

これが、電流の正体なのです。

まとめ

まとめれば、こういうことです。

次回は、電圧についてお話したいと思います。