電気の正体とは?言葉の意味や電気エネルギーも分かりやすく解説!

電気の正体とは?言葉の意味や電気エネルギーも分かりやすく解説!

私たちの生活において必要不可欠な電気。身近な存在でありながら、その特徴については詳しく知らない方も多いのでは。今回は電気とは何かというテーマで基本的な内容を解説していきます。


電気の正体とは電子などの移動現象のこと

電気とは、電子が移動する現象のことです。厳密には電子以外にも、電荷と呼ばれる電気的性質を持った物質が移動する現象を総称して電気と呼び、ある瞬間に流れる電荷の量は電流、電荷を流そうとする(電流を生み出そうとする)力は電圧や電位差と言います。電気を水に見立てて、水路を流れる水の量を電流、水流を生み出す水路の高低差やポンプなどを電圧と考えれば、電気がイメージしやすいかもしれません。

また、電荷が移動していない状態は静電気と呼ばれ、特定の物質同士を擦り合わせたりして電荷が片寄ることで生まれます。そして、静電気が溜まっている部分に触れるとピリッとするのが、静電気状態の電荷が人体へ流れる電気になった瞬間なのです。

電気の流れ方の種類

電気はその流れ方に応じて、直流と交流の2種類に大別されます。まず、直流とは常に一方向にのみ移動しつづける電気のことで、乾電池やACアダプターを接続して動く機器の電源に利用されることが多いです。また、流れる方向は一定でありながら電流や電圧の大きさが変動する直流は脈流とも言います。これに対し、時間によって電気の流れが逆転する電気を交流と言います。直流に比べて電圧を容易に変えられるのが最大の特徴で、送電や動力を必要とする電気機器の電源などに利用されます。

電気をそのまま貯蔵することはできない

電気をそのままの状態で貯めておくことはできません。というのも、そもそも電気は電子などの電荷が流れる現象そのものであるため、物質のように貯めておくことができないからです。身の回りにはバッテリーや乾電池のように、電気を貯めているように見える機器もありますが、これらは電気をそのまま保存するのではなく他のエネルギーに変換して保存しています。

たとえば、揚水発電と呼ばれる蓄電方法では、電気エネルギーを位置エネルギーに変えて保存します。昼間に余った電力を使ってダムの水を高い位置へ汲み上げておき、電力が必要になったタイミングで汲み上げた水を放水して水車を回して発電する、という流れで実質的にエネルギーの貯蔵を実現しているのです。また、電気エネルギーのまま電荷を貯めておく電気二重層キャパシタという蓄電方式も存在します。しかし、電気はあくまでも流れている状態を指すため、これも厳密には電気を貯めているのではなく、別の形でエネルギーを貯蔵しているにすぎないのです。

電気エネルギーの応用例

電気はそのままの状態で使うこともできますが、様々なエネルギーに変換して利用することも可能です。モーターによって電気エネルギーを運動エネルギーに変換すれば、電車やエレベーター、ファンなどの動力として応用できますし、電線へ電流を流すことで生まれる熱を応用すれば、電気を熱エネルギーとして取り出すこともできますし、フォトダイオードなどの特定の半導体素子に電気を流せば光エネルギーとして取り出すことも可能です。さらに、他のエネルギーから電気エネルギーへ変換し、エネルギーの伝送に利用するケースもあります。電気エネルギーは光の速さで移動する上、電線によって移動ルートを容易に管理できるため、エネルギーの伝送に向いていることを覚えておきましょう。

電気に関する用語や特性も理解しよう

電気に関する用語や特性についても少し深掘りしておきましょう。まず、電流と電圧の積を電力と呼び、ある瞬間における電気のエネルギーを表します。たとえ電圧が数万ボルトなどの高い値であっても、流れる電流が小さければ電力の少ない弱い電気と言えます。そして電力を一定の時間分蓄積したものは電力量と呼ばれ、電気料金の算出などに使用されています。

ドライヤーのように必要電力が大きい家電や、冷蔵庫のように通電時間の長い家電が電気料金に影響するのは、特定の期間で消費する電力量が大きいのが原因です。また、交流の電気では1秒間に電気の向きが反転した回数を表す周波数という概念も登場します。東日本は50ヘルツ、西日本は60ヘルツと聞いたことがある方もいるかもしれませんが、このヘルツこそが周波数のことで、電気機器の性能などに影響を及ぼすパラメータの1つです。

まとめ

もっとも身近な存在でありながら、具体的な用語や意味、応用例など知らない部分もあったのではないでしょうか。世の中では電気を応用した技術や機械が多数存在しているので、より深く理解したい方は深ぼって勉強してみてはいかがでしょうか。

プロフィール

佐藤竜騎

2017年4月に某大手石油化学工場へ就職し、現在まで電気・計装設備の保全・更新計画の検討/立案から工事の実行まで一貫した業務に従事。携わった機器/システムは、分散制御システム(DCS)、流量/液面/圧力/温度の検出/制御機器類、ガス漏洩検知システム、プロセスガスクロマトグラフィーやpH計を始めとする各種オンライン分析計、など多岐にわたる。現在は副業として電気/電子分野の専門知識に特化したウェブライター活動にも精を出している。
保有資格:第3種電気主任技術者、第二種電気工事士、認定電気工事従事者、高圧ガス製造保安責任者(甲種機械)、工事担任者(AI/DD総合種)、2級ボイラー技士、危険物取扱者乙種4類など

この記事のWriter

WattMagazine編集部 編集長

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