物理基礎 / 電気とエネルギーの利用

電流の定義(I=Q/t)

★ 基礎電流電気量

問題

導線のある断面を、 $3.0$ 秒間に $6.0 C$ の電気量が通過した。このときの電流の大きさを求めよ。また、導線の中を実際に移動している粒子は何か。

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電流の単位 A は「C/s」と同じ意味。1 秒あたりに通った電気量を出せばよい。

解答・解説

電流は「1 秒あたりに断面を通る電気量」。I=Q/t に代入する。導線内で動くのは自由電子で、電流の向きと逆に動く。

⓪ 発想 — どう考え始めるか。 電流の正体は「電気量の流れ」である。断面を 1 秒あたりに通過する電気量が電流の大きさ。だから、通った電気量を時間で割ればよい。

断面を 1 秒あたりに通る電気量が電流。電子(−)は電流と逆向きに動く

公式電流の定義

I = \frac{Q}{t}

(

Q

: 通過した電気量 C、

t

: 時間 s、

I

: 電流 A)

① 代入する。

$I = \frac{Q}{t} = \frac{6.0}{3.0} = 2.0 A$

② 動いている粒子。 金属の導線の中を動けるのは自由電子である。電子は−の電荷をもつから、電流の向き(+の電気が流れる向きと決めた向き)とは逆向きに動いている。

まとめ $1 A = 1 C/s$ 。「電流の向き」と「電子の動く向き」が逆なのは、電子の発見より前に電流の向きが決められたという歴史的事情による。

答

$2.0 A$ 。移動しているのは自由電子(電流と逆向きに動く)

単位から式を復元するルート。 電流の単位 A は C/s、つまり「クーロン毎秒」。割り算の形が単位に書いてある。

$6.0 C$ を $3.0 s$ で割って $2.0 C/s = 2.0 A$ 。公式を思い出せなくても、単位が I=Q/t を教えてくれる。