授業予定（変更されたシラバス）①原子の構造と電気力②クーロンの法則③電場１ （小）④電場２ （小）⑤電位１ （小）⑥電位２⑦電流１ （小）⑧電流２ （＋確認試験１）⑨電流が作る磁場１ （小）⑩電流が作る磁場２⑪ローレンツ力１ （小）⑫ローレンツ力２ （小）⑬電磁誘導 （小）⑭発展（＋確認試験２）
⑮まとめ
⑯期末試験

◇静電場での力学的エネルギー保存則 （テキスト p.49～50）
重ね合わせの原理（電位の場合）
仕事と運動エネルギーの関係
陽極（2） 陰極（1）
力学的エネルギー保存則kV
加速電圧
初速kVで電子を加速する。
m/s とする。
9.1.
.

m/s

1.6 1010 kg

C基礎物理Ａ≪学習到達目標≫
１）電気力と電場の関係を説明できる。
２）電位と静電エネルギーを説明できる。
３）ミクロな視点で電流を説明できる。
４）ローレンツ力と磁場（磁束密度）の関係を説明できる。
５）直線電流がつくる磁束密度を図を使って説明できる。

第7回目 電流１
今日の授業の目的◍ 自由電子の振る舞いから，平衡状態にある導体の性質を理解する．
◍ コンデンサーが電気を蓄える仕組みを理解する．
◍ 電気容量を用いて，コンデンサーに蓄えられた電気量を求める．
◍ 電気容量を用いて，コンデンサーの静電エネルギーを求める．
◍ 電流において自由電子はどのように進んでいるのかを考える．
◍ 電池の起電力は電流を引き上げるポンプの役目である．
◍ オームの法則と電気抵抗の意味を理解する．
◍ 電力とジュール熱を求める．

§5 コンデンサー

◇導体（テキスト p.58～59）

導体の性質 ここまで学んだこと使って説明できますか？
性質1. 平衡状態にある導体の内部には，静電場はない．
理由：平衡状態・・・自由電子の移動が無い状態。もし導体内部に静電場があるならば，・・・
性質2. 平衡状態にある一つの導体の全ての点で，電位は等しい．
理由：導体内部でとから考える。
導体Ａ
外部は導体Ｂ◍接地（アース）

どの部分も は等しい

導線でつなぐとＡとＢの電位は等しくなる◇導体（テキスト p.58～59）

導体の性質 ここまで学んだこと使って説明できますか？
性質3. 平衡状態にある導体の内部では，電荷はゼロである．（導体表面には電荷が分布していてもよい．）
理由：ガウスの法則(3.10) で，導体内部に閉曲面 をとて考える。閉曲面 の内部の電荷Ｑ はゼロ。
性質4. 導体表面での電場(電気力線) は，導体表面に垂直である．
理由：性質2より，導体表面は等電位面だから．
導体

外部はどの部分も は等しい

Ｑ

◍静電誘導
◍静電遮蔽

◇コンデンサー（テキスト p59～60）

コンデンサー：電気を蓄える装置（電気部品）
・電圧を安定化させる
・直流を遮断し，交流電流を通す
回路記号：
導体Ａ

Ｑ

電池：化学反応などで電位差（電圧） を発生させ，導体Ｂ外部に加える。

Ｑ

回路記号：

蓄えられた電荷Ｑ は電圧 に比例Ｑ（長い方がプラス極）：電気容量 単位 F（ファラド）◇コンデンサー（テキスト p59～60）

電気容量 のコンデンサーに電圧 を加えて電荷Ｑ が蓄えられているとき，静電エネルギー も蓄えられている。

ＱＱ

ＱＱ
Ｑ発電した電気（エネルギー）をためておくことは難しい。
◍ 蓄電池の研究◍ コンデンサーによる蓄電 大容量のコンデンサーの開発

§6 電流◇電流と起電力（テキスト p.66）

復習：電流を自由電子の移動として理解できますか？
導線の断面を１秒間に通過する電気量：電流の強さ秒の間に通過した電気量

電流
導体

電池
電流の単位 A（アンペア）
練習

秒の間に＝C/sC通過した。電流の強さ は？

C

◇電流と起電力（テキスト p66～67）

導体に，一定の電圧の電池を接続するとき，一定の電流が流れる。（導体は平衡状態ではないことに注意）
このときの自由電子の振る舞い：◍ 電池の作用で導体内に電場が生じる。自由電子は電気力を受けて加速する。
◍ 加速された自由電子は，陽イオンと衝突して減速する。
加速と減速を繰りかえしながら移動する。
◍ 正極に到達した自由電子は，電池の中で正極から負極に運ばれる。（水をくみ上げるポンプのように。）
導体 自由電子電池◇電流と起電力（テキスト p66～67）◍ 電池の作用で導体内に電場が生じる。自由電子は電気力を受けて加速する。
高電位
低電位
電場

導体電池

◇電流と起電力（テキスト p66～67）◍ 加速された自由電子は，陽イオンと衝突して減速する。
加速と減速を繰りかえしながら移動する。
平均の速度一定に電流の強さも一定に
低電位

高電位
減速
減速

加速

加速

導体電池

◇電流と起電力（テキスト p66～67）◍ 正極に到達した自由電子は，電池の中で正極から負極に運ばれる。（水をくみ上げるポンプのように。）
正の電荷を負極から正極へくみ上げる電池の作用：起電力 [V]導体

何が起きているのか？

正極 電流
電池
負極

導体

電池
電気力

高電位

電気力とは別の作用で運ばれる（化学反応，太陽光など）

低電位◇オームの法則（テキスト p68）

「導体を流れる電流 は導体の両端の電圧 に比例する」：オームの法則（電気回路で最も基本になる法則）：電気抵抗 単位 Ω （オーム） ＝V/A
電流の流れにくさを表す（ 大きいほど流れにくい）
電流
[V]
大
導体
電圧

小
同じ電圧 を加えると
O 同じ電流 を[A]流すには◇オームの法則（テキスト p68）

電流オームの法則導体
電圧

練習①電気抵抗が Ωの導体に，Vの電圧を加えた。流れる電流 は？
②導体に Vの電圧を加えたら，mAの電流が流れた。導体の電気抵抗 は？
. V
①ΩV
②=
ΩkΩmA.

◇オームの法則（テキスト p69）

オームの法則導体
電気抵抗 は導体の材質や形状で決まる。

：導体が太いほど電流は流れ やすい 。
：導体が長いほど電流が流れ にくい 。
：電気抵抗率 材質に固有の電流の通しにくさ。
０℃での ，銅：Ω・m，ゴム：導体（銅）と不導体（ゴム）で約（参考 アボガドロ定数～倍違う/mol）Ω・m◇オームの法則（テキスト p.69）

オームの法則電気抵抗率 は温度にも依存する。
セ氏温度 [℃]で，導体（金属）⇒温度が上昇すると流れにくくなる。

理由：温度上昇で陽イオンとの衝突が激しくなる。

半導体・不導体⇒

温度が上昇すると流れやすく。

理由：温度上昇で束縛電子から自由電子になる数が増える。

なぜ？と関心を持った人は，将来，電気電子材料（金属，半導体）の授業，物性物理学を学ぶとよい。

◇電力（テキスト p.70～71）

電流は仕事をする。
熱・光・力学的エネルギーなどに変換して利用
W（ワット）の電球
単位 W＝J/s は仕事率の単位
１時間つけっぱなし⇒ Ws

電力

電流
電気器具
電圧J 消費した［W］

練習 抵抗値が Ωの導体に，Vの電圧を加えた。
①流れる電流 は？ ②導体の消費電力 は？
V
①. Ω
②AVW

◇電力

（テキスト p.70～71）

電力

［W］

電流

秒

電気器具
秒間に強さ の電流が流れた。
通過した電気量 は？
電気力がした仕事は？ ⇒電流は電流がした仕事率 は？

電圧だけ仕事をする。

◇電力（テキスト p.71）

電力

［W］

電流

秒
導体導体に電流を流すと熱を発生する。
電圧
ジュール熱
電気ヒーターの原理
送電のとき，送電線での発熱は無駄なエネルギー消費秒間流したときの発熱量Ｑ [J]

電流をＱ
練習 抵抗値 Ωの導体に，Vの電圧を加えたときの消費電力はWであった。
分間電圧を加え続けたとき発生するジュール熱は？
ＱWsJ

次回 第１回確認テスト
・レポート問題（解答用紙付き）
を必ず持って帰ること