理科ラボ

物理基礎｜電気（5）交流と送電

電気は「高い電圧」で送ると、むだが減る

家庭の電気は交流で、変圧器で電圧を自由に変えられます。発電所から高い電圧で送るのは、送電線で熱として失われる電力を減らすためです。中学のふり返りから始めて、予想してから5つのステップで確かめよう。

ことばの準備

さきに知っておくこと

    ステップ1

    コンセントの電気は、どんな電気？

    予想：家庭のコンセントの電気（交流）の電圧は、時間とともにどう変わる？

    青＝電圧の変化・送電線を流れる電子、オレンジ＝熱として失われる電力。

    予想を選ぶと、ここで条件を変えられるようになります。

    公式

    この単元の式

    名前式ことばで言うと・単位
    周期と周波数T = 1 / f周期 ＝ 1 ÷ 周波数50 Hz なら 0.02 s
    変圧器V1 : V2 = N1 : N2電圧の比 ＝ 巻き数の比損失がなければ電力は同じ（V₁I₁ ＝ V₂I₂）
    送電の損失P損 = RI2, I = P/V損失 ＝ 送電線の抵抗 × 電流²電流は「送る電力 ÷ 送る電圧」

    送電の問題は、①電流 I ＝ P/V を求める ②損失 RI² を計算する、の 2 段階。電圧を上げると電流が減ることがポイント。

    重要語句

    この単元でおさえること

    確認問題へ問題ページへ →実験道具：交流発電機コイルを回して、交流が生まれるようすを調べよう →

    実験のあとに読む

    なぜ家庭の電気は交流なのか

    何を比べる？

    直流と交流の電圧の変化、50 Hz と 60 Hz の波の数、2 次コイルの巻き数と電圧、送る電圧を変えたときの送電線の損失を比べます。

    結果をどう考える？

    送電線の損失を減らすには、高い電圧で送る必要があります。でも家庭では安全のため低い電圧で使いたい。交流なら、変圧器（電磁誘導）でかんたんに電圧を上げ下げできます。直流は向きが変わらず磁場が変化しないので、変圧器が使えません。これが、発電所から家庭まで交流が使われている大きな理由です。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    「電圧を上げると、電気がたくさん流れて損失が増える」はまちがいです。同じ電力を送るなら、電圧を上げると電流は小さくなり、損失 RI² はかえって小さくなります。

    制作：現役の理科教員 ／ 制作の考え方