電気って？
あまりにも初歩過ぎて
恥ずかしいことなんだけど
なんといっても文科系の人間。
とてつもなく基礎のところが
なにもわかっていないんだよね。
電気・電波・電場・電荷……
これまでわかったようなふりをして
とてつもなく高度な
素粒子あたりのはなしまで書いていたけど
じつはもっと基本の
電気ってなんだ？ ってことが
わかっていなかった自分に
いまさら気が付いちゃった。
ここで電気と磁気の
それも相当初歩のはなしを書くのは
ぼくがごちゃごちゃになっている頭の中を
整理するためだから
わかっている人はスルーしてもらえると
うれしいな。
なんといってもまた
ぼく自身の無知をさらけ出しそうなんだから。
まず電気ってものはなにか
ってところからいってみよう。
いったん素粒子とかは忘れて
世の中を形作っている最小単位が
原子だってことにするね。
原子はプラスの電気を持つ原子核の周りに
マイナスの電気を持っている電子が
回っている（漂っているかな）ってことになる。
原子になにかの刺激が加えられると
電子は原子から飛び出しちゃうらしいんだ。
そりゃクーロン力で
ぎりぎりのバランスにいる
原子に刺激が加えられれば
そのバランスは崩れるてもおかしくないよね。
この飛び出した電子のことは
『自由電子』って呼ぶらしいけど
自由電子がふらふら動くことが
電気っていうことなんだそうだ。
原子核の中にある陽子はプラス
電子はマイナスの電荷を
帯びているってことになっている。
この電荷を帯びているという状態を
帯電状態って言うんだけど
言い換えれば帯電状態の物質は
電荷を持つという言い方もできるんだね。
単位はQ（クーロン）っていうんだけど
聞いたことがあるんじゃないかな。
たまに電気のはなしに
『電気量』って言葉が出てくるけど
Qで表せられる量だね。
電気量の量子単位（最小単位なのかな？）が
Qってことなんだ。
自由電子が動くといったけど
基本電子が走り回るわけじゃないらしいよ。
電線を考えてみてほしい。
金属の端っこに電子がぶつかると
ぶつかった原子から電子が飛び出していく。
ようするに玉突きみたいに
順送りに電子が飛んでいくってことだね。
もっとも電子がぶつかったからと言っても
次の原子の中の電子が
必ず飛び出すわけじゃない。
導体とか絶縁体とか
聞いたことがあると思うけど
物質によって
電子の入れ替わりが
おきやすいものとおきにくいものとが
あるってことなんだ。
構成する原子が安定しているか
不安定かってことかもしれないけど。
電流
電流っていうのは
電子の流れ（玉突きだけど）ってことだね。
これって言い換えれば
一秒間あたりの電荷の移動量を
電流っていうわけだ。
電流の単位はA（アンペア）
一秒間に1Q（クーロン）の電荷が移動することを
1Aの電流が流れるってことらしい。
ちなみに電子1個の電荷っていうのは
1.6×10-19Q（クーロン）ってことになっている。
だから1A（アンペア）の電流ってことは
一秒間に1÷1.6×10-19＝6.25×1018個の
電子が移動するってことなんだ。
これだけの数の電子を動かすには
それだけの圧力がかかるってことになる。
この力のことを電圧っていう。
単位はV（ボルト）
そして電圧と電流を掛けたものが
電力だってことだね。
電力の単位はW（ワット）ってこと。
イメージが掴みにくいかもしれないね。
すこし誤解を招くかもしれないけど
水の流れを考えれば
わかりやすいかもしれない。
水路に水が流れているとするよ。
電流っていうのは毎秒流れる水の量
電圧は水圧のことだと思えば
わかりやすいんじゃないかな。
そうなると電力っていうのは
流れる水が持っている力の大きさ。
（水車を回すってのもあるだろうし
堤防を決壊させるっていうのも
あるかもしれないけど）
水の量が多いとか
水圧が高いほど大きな力が
働くってことだね。
ここでまた疑問。
電流って簡単に言うけど
ぼくの周りにある電流には
直流と交流っていうのがあるんだよね。
単純に電池やバッテリーは直流で
家庭用コンセントに流れている
電流は交流っていうのは
わかるつもり。
ではこの電子が流れるっていうのは
交流なんだろうか？
直流なんだろうか？
発電所なんかで人間が作り出す電気は
交流だって言われている。
単純に言えば火力でも水力でも
原子力でもいいから
エネルギーを使って磁石を動かすと
そこに電気が生まれる電気は
交流ってことなんだそうだ。
ちなみに太陽光発電は
直流らしいよ。
電波
電波っていうのは電磁波の中の
人間が使いやすいところを
電波って呼んでいるだけで
別に特別な存在じゃないそうだ。
でも電磁波って調べると
「健康被害」なんて項目が
一番初めに出てきたりするし
これってなんなのだろう？
だって光だって電磁波なんだよね。
日光浴して健康被害なんて
（現代じゃ本気で言われたりしているけど）
訳が分からなくなっちゃうじゃない。
電磁波って書くと誤解を招きそうだから
ひとまず電波ってもので考えてみよう。
荷電粒子が一定の速度で運動をすると
電流が発生するってことはいいよね。
電子（自由電子）が飛び出して
運動しているってこと。
電流が流れると
電流の周りに磁界が出来ちゃうっていうのは
現象として観測されている。
だけど、直流電流だと
ずっと一定の電流が
変化なく流れていくだけなんだよな。
カッコよく言うと時間変化がおきないんだよね。
だから電流が流れたためにできちゃった磁界も
一定のままで変化しないんだ。
導線みたいに
玉突きの要領で電気を流す場合はいいけど
磁界が変化しないってことは
そこに電波は発生しないんらしいんだ。
だからたとえそこに一定の強さで
流れる電流があったとしても
電波ってものは発生しない
と書いてあるんだけど
本当かな？
では荷電粒子が加速度運動（速度や強さが変わるってこと）すると
どうなるのか。
交流電流のような
大きさや方向が変わる電流が
発生しちゃうことになるね。
たとえばこのような交流電流が流れると
電流によって作り出される磁界は
電流の変化によって
時間変化をおこすことになる。
磁界が時間変化をおこすと
そこに電界が発生しちゃう
ってことになるんだそうだ。
この繰り返しによって
電界→磁界→電界→磁界……ってなっていって
これが電波になるって
なんとなく納得しそうだね。
じゃあ、電気と電波って
なにが違うんだろう？
イメージとしては電気は線を伝わって
電波は空間を飛んでいくって思えるんだけど
じっさいのところは電波だって
アンテナで受信された後は
電気回路の中を伝わっていくんだよね。
短絡的に書いちゃうと
一番の違いってのは
周波数なのかもしれない。
周波数っていうのは
これまでに何度も出て来たけど
単位時間に何回波を打つのか
（何回揺れるのかでもいいかも）
ってことを表すってこと。
単位はHZ（ヘルツ）になる。
良く知られているところでは
コンセントから来る電気の周波数は50/60HZ
FMラジオなんかだったら
たとえば80.2MHZなんかだね。
（けっしてFM802の宣伝じゃないんだけど
ぼくに一番なじみのある局なんだ）
だから周波数が低くて
線を伝わっていると電気と呼んで
周波数が高くて空間を飛びやすいものを
電波って呼んでいるってことで
いいのかもしれないよ。
極端に言えば
電波は電気だって言っても
間違いじゃないってことになるのかもしれない。
ちょっとだけ周波数帯のはなし
またまた少し
気になったから
脱線してみるよ。
電波のはなしをしていたけど
じっさいのところ電波は
電磁波の中の人間が使い勝手の良い周波数帯を
電波って呼んでいるだけなんだよね。
では、身近にある電磁波
そして電波っていうのは
どんな種類があるのかを
すこしだけ書いておこうと思うんだ。
ただ、桁が大幅に変わって
聞いたことはあっても
実感のわかない単位が多くなるから
軽く流しておいてね。
電磁波で一番わかりやすいのは
光だろうね。
光と言っても相対論や量子力学に出てくる
光子がどうのこうのは
いったん忘れて
ようは可視光線、ぼくたちの目に写る
光のことだよ。
虹で例えるとわかりやすいと思うけど
大体人間の目や感覚がついていける電磁波は
400THZ~800THZくらいの波長の電磁波なんだ。
（1THZはテラヘルツ 一秒間に1012回波がおきるってことだよ）
400THZが赤で800THZが青紫ってこと。
こたつやストーブで言われる
赤外線は3THZ~30THZ
（遠赤外線ってのは3THZくらいだね）
人間が使っている電波っていうのは
大体300KHZ~300GHZくらいのところ。
テレビなんかだと300MHZ~3000MHZあたりかな。
（KHZ・GHZ・MHZはキロヘルツ・ギガヘルツ・メガヘルツのこと
キロは103・ギガは109・メガは106だよ）
家庭で使われる無線ランは2.4GHzと 5.2GHz
電子レンジは2.45GHZって言われているね。
だからたまに電子レンジが無線ランに
干渉するってトラブルが起きるんだ。
もっと身近なら携帯電話。
これまでは４G（3.60GHZ未満）周波数帯を
使っていたけど最近さんざん宣伝されているのは5G
5Gはサブ６の3.6GHZ～6GHZの帯域と
ミリ波の28GHZ～300GHZの帯域が
割り当てられているけど
インフラが整わないからなぁ。
しばらくはミリ波の帯域は使えないだろし
自動運転やIotが実現するには
しばらく時間がかかるだろうな。
