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電流と回路md 73dc0f8
lecture/physics/electromagnetism/electric-current-and-circuits.lecture.n.md
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電流でんりゅう回路かいろ

date2026-07-14document_iddoc_8935cf9cd8ee68f2c10a39a9592c3e8fdescription電流を単位時間あたりに通過する電荷として定義し、電圧・抵抗・電力・微視的なドリフト速度との関係を証明する講義である。prerequisites電場と電位 / 単位・次元type講義statusactiverelateddata/lecture/physics/electromagnetism/dc-circuit-fundamentals.lecture.n.md / data/lecture/physics/electromagnetism/electric-fields-and-potential.lecture.n.md
physicselectromagnetismcurrentcircuitlecture

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、電流でんりゅうを「電気でんきながれる」という言葉ことばではなく、単位時間たんいじかんあたりに断面だんめん通過つうかする電荷でんかとして定義ていぎ説明せつめいする。

回路かいろでは、電位差でんいさ電荷でんかうごかし、抵抗ていこうがそのながれをさまたげる。電流でんりゅう電圧でんあつ抵抗ていこうさき定義ていぎすれば、オームの法則ほうそく電力でんりょく意味いみをもったしきとしてめる。

2用語ようご定義ていぎ

電流でんりゅうelectric current I とは、導線どうせん断面だんめん単位時間たんいじかんあたりに通過つうかする電荷でんかである。

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]I=dQdt

電圧でんあつvoltageとは、2 てん電位差でんいさである。

抵抗ていこうresistance R とは、電流でんりゅうながれにくさをあらわりょうである。

起電力きでんりょくelectromotive forceとは、電池でんちなどが単位電荷たんいでんかあたえるエネルギーである。

3法則ほうそく:オームの法則ほうそく

抵抗ていこう R電圧でんあつ Vくわえたとき、電流でんりゅう I

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]V=RI

たす素子そしをオーム抵抗ていこうという。

4関係式かんけいしき 1:微視的びしてき電流でんりゅうしき

断面積だんめんせき S導線どうせんで、単位体積たんいたいせきあたりの自由電荷じゆうでんかかずn、1 電荷でんかq平均へいきんのドリフト速度そくどvd とすると、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]I=nqSvd

である。

4.1証明しょうめい

時間じかん dtあいだに、断面だんめん通過つうかできる電荷でんかは、断面だんめんから距離きょり vddt までにある電荷でんかである。その体積たいせき

Svddt

である。単位体積たんいたいせきあたり n 電荷でんかがあり、1 あたりの電荷でんかq なので、通過つうかする電荷量でんかりょう

dQ=nqSvddt

である。したがって

I=dQdt=nqSvd

る。

5関係式かんけいしき 2:電力でんりょくしき

電圧でんあつ V素子そし電流でんりゅう Iながれるとき、単位時間たんいじかんあたりにわたされるエネルギー、すなわち電力でんりょく

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]P=IV

である。オーム抵抗ていこうでは、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]P=I2R=V2R

である。

5.1証明しょうめい

電位差でんいさ Vとおって電荷でんか dQ移動いどうすると、移動いどうするエネルギーは

dW=VdQ

である。単位時間たんいじかんあたりのエネルギーが電力でんりょくなので、

P=dWdt=VdQdt=VI

である。オームの法則ほうそく V=RI使つかうと、

P=I(RI)=I2R

であり、I=V/R使つかうと

P=VVR=V2R

である。

6単位たんい確認かくにん

電流でんりゅう

I=Qt:[C;IT][s;T]=[A;I]

である。電力でんりょく

IV:[A;I][V;ML2I-1T-3]=[W;ML2T-3]

である。

7見分みわかた

  • 何秒なんびょうなんクーロンかなら I=ΔQ/Δt
  • 電力でんりょくなら P=IV
  • 抵抗ていこうねつになるなら P=I2R
  • 導線内どうせんないはやさなら I=nqSvd

8どこまで成立せいりつするか

オームの法則ほうそくはすべての素子そし成立せいりつする定義ていぎではない。ダイオードや電球でんきゅうのように、電圧でんあつ電流でんりゅう比例ひれいしない素子そしもある。

9最終形さいしゅうけい

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]I=dQdt
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]V=RI
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]P=IV

10一言ひとこと

電流でんりゅう電荷でんか通過量つうかりょうであり、電力でんりょく電位差でんいさとおってはこばれるエネルギーのはやさである。

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