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直流と交流

 どうもこんばんはライネです。

 エジソンさんは世界初の電機会社を作ったという話でした。
 実はこの会社は形を変えて現在も残っているらしく、
 それが「ゼネラル・エレクトリック社」というとてつもない大企業なのだそうです。

 けれども、エジソンさんが生み出した電気は、その後違うものへと変わっていきました。
 エジソンさんは電気を「直流(ちょくりゅう)」という形で販売していたらしいのですが、
 現在、一般に販売されている電気は、「交流(こうりゅう)」というものです。
 
 電気を販売というと、何かイメージが違う気がしますので、電力会社からやってくる電気が、
 直流ではなく交流になったと言った方がいいかもしれません。


 では直流と交流の違いは何かというと、ざっくり言えば、電気の流れ方の違いです。
 これを詳しく説明するには電気とは何かという説明をしなくてはいけません。
 ただいま鋭意勉強中なので、これはまた後で説明するとして、
 今日は直流と交流との違いを簡単に説明するだけにしたいと思います。


 たぶん「電気の流れ」と聞いて、素直に想像するのは直流の方だと思います。
 ひとまず、常に同じ量の電気が流れ続けているとお考えください。

 一方で、交流というのは、プラスの電気とマイナスの電気(と、0の電気)が、
 交互に流れている状況です。


 一般的に電池は直流なのだそうです。
 たしかに電気にはプラスとマイナスがありますが、これが変わることはありません。
 けれども交流というのは、電池で言えばプラスとマイナスがぐるぐる変わっている状況です。

 ちなみに家電製品の多くは直流で作用するそうです。
 だったら電気も直流のまま流せばいいじゃないかと思いますよね?


 けれども、例えば、ものすごく大きな機械を動かす時と、小さな機械を動かす時に、
 同じ電気しかないと、これを変換するのが面倒なのだそうです。

 それに対して交流は、電気のパワー(電圧)を変化させるのが簡単にできるのだそうです。
 簡単とはいっても、高度な数学的理解力がないと、この変換装置を作ることはできません。
 エジソンさんは小学校中退という人なので、これが理解できず作れなかったというわけです。
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直流と交流・ACアダプターと送電

 どうもこんばんはライネです。
 引き続き、直流と交流について見ていきます。


 昨日の説明では、直流はずっと同じ向きの電力を送り、
 交流はこまめに電気の向きが変化するという話でした。

 でも、実際に電気が使われている機械は直流に対応しているので、
 交流も最終的には直流に直さなければ使えません。
 いわゆる「ACアダプター」というもので、交流を直流に変えているのだそうです。

 おそらく電力について詳しくない人でも、ACアダプターを見たことがない人は居ないでしょう。
 コンセントと電気を使う製品の途中にある、大抵は黒くて四角い例のアレです。

 先生の家ではテレビ、ノートパソコン、ゲーム機などでこれを使っています。
 その代わり、洗濯機や冷蔵庫、エアコンなどには見られません。
 ということは洗濯機などは交流で動いているのかというと、そういう訳でもなく、
 機械そのものの中にACアダプターの役割をする装置が組み込まれているのだそうです。


 この様にACアダプターを使わずに、機械の中に装置を組み込むこともできるのですが、
 例えば機械の大きさをできる限り小さく、軽くしたい場合だったり、
 電流を変換するときに出る熱や電波などの影響を受けないようにするなどの理由で、
 小さな電子機器ほど、ACアダプターが使われているようです。

 そうなると、携帯電話なんかはACアダプター組だと思うのですが、
 それらしきものが見当たりません。
 どうやら、いわゆる「ガラケー」ではコンセントに差し込むところがその装置になっているようです。
 たしかにちょっと大きいですね。

 また、いわゆる「スマホ」については、パソコンで使うUSBケーブルというもので電気を取り込みます。
 この場合、USBケーブルを差し込んでいる装置がACアダプターの役割をしているようです。


 
 ではなぜ、電気は交流で送られてくるのでしょうか?
 実は直流でも問題はないらしいのですが、これには少々厄介な問題があるようです。
 
 というのも、電気はケーブルを伝わることで、少し弱くなってしまうのだそうです。
 以前、地図記号で発電所と変電所について調べたときにも説明したのですが、
 街を歩いていると、異様に高い鉄塔を見ることができます。
 あれが発電所から電気を運んでいます。

 ところが、家庭で使うような小さな電気を大量に流していると、
 どんどん電気が弱くなってしまうため、発電所で作った電気は、
 ものすごく強い電気をわずかに流すことで、弱くなることを防いでいるのだそうです。


 もちろんこれは、直流でも交流でもできる事なのですが、
 交流ならば「少ないけれども強い電気」を「大量の弱い電気」に変えることが簡単なわけです。
 仮に直流だった場合、「少ないけれども強い電気」を一度交流に変えてから、
 「大量の弱い電気」に変えて、もう一度ACアダプターで直流に変えるという手間がかかってしまいます。
 この手間を無くすためにも、最初から交流を使っているのだそうです。


 ただし、直流の方が遠い距離を電気を運ぶには適しているという特性があるため、
 ものすごく遠くまで電気を運ぶ必要がある場合などは、直流のままというケースも多いようです。 

電気が便利な理由について


 どうもこんばんはライネです。


 全く意識することなく、ボタンを押せば機械がその通りに動いてくれるので、
 「そういうものだ」と信じ切っていたのですが、やっぱり電気って不思議ですね。

 そして私を含め、どんな人でも、「これは電気で動いている」ということは知っていても、
 じゃあ、どうやって動いているのか知っている人はほとんどいない様です。

 さらに言えば、電気が無ければとても不便であると言うことを知っているのに、
 電気があることがあまりに自然になってしまい、普段は意識することすらありません。



 まあ、そんなものなのでしょう。
 電気に限らず、空気や水も当たり前すぎて、存在を疑うことはありません。
 それらが無ければ動かない自分の身体ですら、
 どうやって動いているのか知っている人は少ないのでしょう。

 人体の謎の方に話が進んでしまうと、もう取り返しがつかない程脱線するので回避して、
 電気がどうしてこんなに便利なのか、実はその理由は思いのほか単純です。



 要するに電気とは、「お金(通貨)と同じようなもの」なのです。
 たぶん、スーパーに行って「私が作った編み物をあげるので、この商品を下さい」と言っても、
 無理な話なのだとは思いますが、もし、お金と言うものが存在しなかったら、
 これが普通なのだと思います。

 つまり、お金とは「もの」や「働き(労働力)」の形を変えたものと言う訳です。
 よくよく考えれば、無駄な手間がかかっているような気もしますが、
 この世界では「ものや働き」をお金に変えて、
 そのお金を再び「ものや働き」に変えているわけです。

 実際には手間どころか、どんな経路であってもお金になれば、同じ商品が手に入るので、
 これは非常に便利な事なのだと思います。

 例えば、スーパーの人にしても、大量に編み物だけが手に入ったり、
 大量のアルバイトがいたりしても意味がありませんよね。
 お金は保管(貯蓄)するにも都合が良いし、価値も解りやすい便利な道具なわけです。



 電気もまさにこれと同じで、残念ながら貯蓄するのは難しいようですが、
 使い勝手が良い道具、ここではエネルギーなのだと思います。

 例えば、洗濯機を動かすエネルギーはもちろん電力ですが、
 細かい制御うんぬんはさておき、動かすだけなら理論上は火を燃やしても動くハズなのです。
 火を燃やして水を蒸発させ、水の圧力で動力を動かせば蒸気機関の要領で動くでしょう。

 でも、わざわざ毎日洗濯機の横で火を燃やすのは大変ですし、危険ですし、
 なによりどれくらいの勢いの火を使うのか管理が大変です。
 あと、常に火を見ていなければいけません。

 
 火の力は蒸気を通じて「発電」という形で電気に変わります。
 そして電気の力で「モーター」を動かすことで、機械が動くわけです。

 火だけでなく、発電には様々な方法があるので、
 様々なエネルギーを電気に変えて、電気の力をさらに他のエネルギーに変えるわけです。
 たしかにお金と似ていて便利ですね。 
 

電気はどこからやってくるのか

 どうもこんばんはライネです。

 さて、今日はなかなかの難題です。
 昨日の話で電気は色々な方法で作ることができると説明しました。


 これについて説明するには、この世界を構成する根本的な部分を知る必要があります。
 分野としては物理学というものになるのですが、物理学は非常に奥が深いものです。

 例えば、ボールを投げた時に、そのボールがどうやって動くのかを理解するというのが
 物理学なのだと思うのですが、こちらの世界の物理学はもうそんな次元ではなく、
 宇宙が生まれたその瞬間から、ボールの動きを追いかけているようです。
 
 あまりに遠回りになってしまうので、関係する部分をごくごく一部だけ説明しましょう。
 加えて、私が理解できないことや、そもそもまだ誰にも解らないことまであるので、
 あくまでも現在解っている範囲のお話です。
 それでも十分説明がつくのですが・・・


 実はこの世の全ての物質は最初から電気を大量に持っているのだそうです。
 でも、大抵のものは手を触れてもビリビリするようなことはなく、
 にわかには信じられないと思います。 


 この世界の物質をどんどん小さいものまで見て行くと、
 全ては「素粒子(そりゅうし)」というものまで分けられるのだそうです。

 現時点で、素粒子よりも小さなものはないとされています。
 けれども、素人の考えではありますが私個人としては、それも怪しいと踏んでいます。


 なぜなら、物の最小単位として「原子(げんし)」というものもあるからです。
 科学が進んだこの世界では、全ての物質は原子が集まって作られていて、
 これ以上小さいものはないのだろう、と考えられていたようです。


 ところが、原子は原子核と電子からできていると言うことが解り、
 さらに原子核は陽子と中性子からできていることが解りました。

 そして陽子や中性子はクォークが集まってできたものということが解り、
 現在ではクォークや電子などの素粒子こそ、物の最小単位であると言われています。

最小の物質

 ということは、もしかしたら科学が進めば、
 素粒子すら、素素粒子が集まってできていると言われるようになるかもしれません。


 ちなみに、クォークや電子などの素粒子には様々な種類があるのですが、
 それぞれ「電荷(でんか)」という個性を持っているとお考えください。
 これこそが電気の正体です。

電荷

 クォークには、アップクォークと呼ばれる電荷が2/3の子と、
 ダウンクォークと呼ばれる電荷が-1/3の子がいるそうです。

 陽子はアップクォークが2個と、ダウンクォークが1個からできているので、
 合計すると電荷は3/3、つまり1となります。

 また、中性子はアップクォークが1個と、ダウンクォークが2個からできているので、
 合計すると0/3、つまり0となります。

 その結果、陽子と中性子からなる原子核は1の電荷を持っているとお考えください。
 なお、電子は-1の電荷を持っているのだそうです。
 つまり、陽子・中性子・電子の1セットでは、電荷は0になるというわけです。 

原子の電荷


 どんな元素もこの割合は同じなので、電荷は常に0のままです。
 つまり、通常、何かものを触ってもビリビリしないのは、
 どんなに大きくなっても、電荷は普通0のままだからというわけなのです。  

電気の作り方

 どうもこんばんはライネです。
 今日は生まれて初めて、頭が理解することを拒否しました。

 本当に全て読んでいるのか怪しい先生の蔵書の中から、
 電気に関する物を読み漁っていたのですが、
 不思議なことに、いくら読んでも頭に入ってこないのです。

 なので、大変申し訳ありませんが、理由などはすっぱり横に置いておいて、
 電気の作り方についてご説明いたしましょう。


 用意する物は電線と磁石だけです。
 少し大きめの道具屋に行けば、数百円で購入できるようです。


 そして、電線をぐるぐると輪っかを描くようにまとめます。
 そしたらあとは、その輪っかの中に磁石を通してください。

電気の作り方

 実はもうこれだけで電線には電気が通っているのだそうです。
 磁石を素早く動かせば、それだけ電気が発生するので、手を休めずに動かしてください。
 本当に電気が発生しているかどうかは、例えば電球などを電線の両端につけてみると、
 ぴかっと光ると思います。


 実際の電気もこうやって発電しているのだそうです。
 とはいえ、電力会社のおじさんたちが、一日中磁石を動かしているのではなく、
 磁石は例えば蒸気機関などを利用して動かしています。

 要するに磁石さえ動けば発電ができるというわけなのです。
 できれば、同じ動きを繰り返すようなものが望ましいのですが、
 極端な話、動くものなら何でも電気に変えられるって、凄いと思います。



 今の話は全く逆のこともできて、電気を流せば磁石が動くのだそうです。
 これがモーターの仕組みです。

 以前も説明したように、どんな力でも電気が作れて、
 電気から再び力を生むことができるというのはこういう理屈なのです。
プロフィール

ライネ

Author:ライネ
ライネと申します。
先生の家に居候するラザフォード人です。
現在この世界のことを勉強中。
リンクとかもろもろ含めて商業的利用以外ならご自由にどうぞ。面白そうな企画には飛び乗ります。

合言葉は「真面目な事を不真面目に!」
記事の真偽は自己責任でお願いします。

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