電気が流れる仕組み

スイッチを入れると電気が流れる。それって当たり前のようで、実はとっても奥が深いんです。
パチッと押したその瞬間、何が起きているのか。目には見えないけれど、ちゃんとした仕組みが動いています。

ここで扱うのは、「電気が流れる仕組み」というテーマ。言い換えるなら、電子が動くことでエネルギーが伝わる現象のことです。

電気とは、電子が静かに、でも確実に動くことで成り立っているエネルギーの受け渡しなのです。

難しい数式や専門用語は、いったん横に置いておきましょう。
「なるほど、そういうことか」と感覚でつかめるところから、やさしく見ていきますね。

普段は何気なく使っているスイッチ。
その裏側をのぞいてみると、ちょっとワクワクする世界が待っています。

電気が流れるってどういうコト？

電圧差で押される電子の流れ
電圧は電荷の位置エネルギー差（高い→低いへ動く）。
その差があると電子はマイナス側からプラス側へ漂う。
電流の向きは慣習で電子と逆向きに描かれる。
出典：『Electron flow in a conductor』-Photo by inductiveload / Wikimedia Commons Public domain

「電気が流れる」って聞くと、なんとなくフワッとしてつかみにくいですよね。
でも正体を分解すると、話はかなりシンプルになります。

ポイントになるのは、この2つ。

• 電子
• 電圧

この2役がそろったとき、はじめて「電気が流れている状態」が成立します。

電気が流れる正体は、「電子が、電圧に押されて動いている」ただそれだけです。

では、それぞれが何をしているのか、順番に見ていきましょう。

電子が移動してるってコト！

まず、「電気が流れる」とはどういう状態か。
これはズバリ、電子（マイナスの電気をもつ小さな粒）が、一定の方向に移動し続けているということです。

電線の中では、金属の中に存在する自由電子が、スイスイと動ける状態になっています。
この電子たちが、次から次へと移動しながら、エネルギーを運んでいく。

この電子の集団移動こそが、私たちが呼んでいる電流なんですね。

電子1個1個はとても小さくて地味ですが、数が集まると、ライトを光らせたり、モーターを回したりするほどの力になる。
ここが電気の面白いところです。

電圧がかかってるってコト！

とはいえ、電子は勝手に動き出すわけではありません。
ちゃんと動き出す理由があります。

それが、電圧。

電池やコンセントは、この電圧を生み出す装置です。
電池で言えば、プラス極とマイナス極のあいだに電位差があり、その差が、電子を押し出す力になります。

川で言えば、高いところと低いところの差。
差があるから、水が流れる。
電気も、まったく同じ理屈です。

つまり、回路の中では──

• 電圧がある → 電子に「動け！」という指示が出る
• 導線がつながっている → 電子が通れる道ができる
• 電流が流れる → 電子が移動し、機械や回路が働く

この流れがそろって、はじめて電気は仕事をしてくれます。

電子だけあってもダメ。
電圧だけあってもダメ。 両方そろって、道がつながっている。
これが「電気が流れる」という現象の正体なんです。

電気が流れないものもある！

ここまで読むと、「電子が動けば電気が流れるんだな」
というイメージができてきたと思います。

でも実は、 どんな物でも電気が流れるわけではありません。
ここが、もうひとつの大事なポイント。

電子がスイスイ動けるかどうかで、物質は大きく2種類に分けられます。

• 導体：電子が自由に動ける（例：金属）
• 絶縁体：電子が動きにくい（例：ゴム・プラスチック）

電気が流れるかどうかは、「電子が動ける道があるか」で決まります。

導体と絶縁体の利用例

鉄道用セラミック絶縁体
鉄道の架線支持に使用されるセラミック製の絶縁体

出典：Title『Insulator_railways』-Photo by Thermos /GNU Free Documentation License,Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0より

この違いをうまく使っている代表例が、私たちの身近にある電線です。

電線の中身：電気を通すための「導体」

電線の中身には、銅やアルミといった金属が使われています。
これらは電子が自由に動けるため、電気を効率よく運ぶことができます。

つまり、電子にとっての高速道路みたいな存在ですね。

電線の外側：安全を守る「絶縁体」

一方、電線の外側を覆っているのは、ビニールやゴムなどの絶縁体。

ここでは電子がほとんど動けないので、電気が外に漏れ出すのを防いでくれます。
触っても感電しにくいのは、この絶縁体のおかげなんです。

電気が流れる条件をまとめると？

電流が流れる条件を示す閉回路
電気が流れるには電圧差が必要。
さらに導線がつながり回路が閉じていること。
スイッチが切れると流れは止まる。
出典：『Simple-electric-circuit』-Photo by MikeRun／Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

ここまで読んできた内容を、最後にギュッと整理しておきましょう。

電気が流れるために必要なのは、実はたったの3つだけです。

• 電源があること（電池やコンセント）
• 電子の通り道がつながっていること（回路が閉じている）
• 道に導体が使われていること（銅線など）

どれかひとつでも欠けると、電子は動けず、電気は流れません。
逆に言えば、この3点がそろえば準備完了です。

電気は「電源・道・素材」がそろったときにだけ、きちんと流れます。

では、それぞれの条件をあらためて見ていきましょう。

電源があること（電池やコンセント）

まず大前提になるのが、電源の存在です。

電池やコンセントは、電子を押し出すための電圧をつくる装置。
この「押す力」がなければ、電子はその場にとどまったまま動きません。

川で言えば、高いところと低いところの差。
差があるから、流れが生まれる。
電源は、その差をつくる役割を担っています。

電子の通り道がつながっていること（回路が閉じている）

次に重要なのが、電子が通れる道がちゃんと一周つながっているか。

スイッチが切れていたり、どこかで線が途切れていると、電子は途中で行き止まり。
その瞬間、電流はストップします。

回路が閉じているからこそ、電子は「行って帰って」を繰り返せる。
これが、電気が安定して流れる条件です。

道に導体が使われていること（銅線など）

最後は、通り道の素材。

電子がスムーズに動くには、 導体が使われている必要があります。
銅やアルミといった金属は、電子にとって走りやすい道路。

逆に、ゴムやプラスチックだけだと、電子はほとんど進めません。
だからこそ、導体と絶縁体を使い分ける設計が大切なんです。