電圧

電圧（でんあつ）とは、電位と同義語だが主に電位差の意。基準点からの電位（電気的なポテンシャル）の差のことである。単位としてはMKSA単位系でボルト(V)が使用される。

定義

電位が異なる2点間には、電子等の電荷の担体を押す力が発生する。この力を「起電力」と呼ぶ。例えば電気を流す物体（導体）を磁場に対して垂直に動かすと物体の両端に電位の違い（電位差）が発生する。 2点間の電位差は、荷電した物体を一つの点からもう一つの点に移動させる際必要な仕事を、その物体の電荷で除したものとして定義する。別の表現をすれば、単位電荷がある点から別の点に移動する際に得られる仕事と言ってもよい。ボルトはアレッサンドロ・ヴォルタにちなんだ単位で、1C の電荷が1J の仕事をする電位差を1V と定義する。 2点a、b間の電位差は、電場をE 区間a,b をある曲線C に沿いそれを微小区間d l に分けたときその分割を

• \sum\boldsymbol{\mathit{E}}\cdot\boldsymbol{\mathit{\Delta l}}

として,E_l はC の接線方向その極限を初等的なベクトル解析で,

• \int_C\boldsymbol{\mathit{E}}\cdot d\boldsymbol{\mathit{l}}=\int E_ldl

と書き表し,a,b間の電位差は

• \int_a^b\boldsymbol{\mathit{E}}\cdot d\boldsymbol{\mathit{l}}

= \int_a^bEdl\cos\phi=V_a-V_b である。 電位差は水流の類推で考えることができる。網状に繋がったパイプを用意し、重力がないと仮定してポンプによって水を流す。この際電位差はパイプの2点間の水圧の差に相当する。水圧の差が存在すれば、水は水圧が高い点から低い点に流れることができ、タービンを回してエネルギーを取り出すことができる。 3点A、B、Cについて、AC間の電位差はAB間の電位差とBC間の電位差との和である。つまり電位差は加算的である。また、電気回路の2点を完全な導体（電気抵抗が0）で接続すれば、その間の電位差は0になる。ここで、その回路の中で電位が等しい（他の）2点を接続しても電流は流れない。電気回路の様々な点における電位差はキルヒホッフの法則によって計算することができる。 …続きを読む