(cache) 電気理論　なぜそうなるのか（２）電流が流れるには閉回路が必要ではなぜ雷電流は流れる | 音声付き電気技術解説講座

電気理論　なぜそうなるのか（２）電流が流れるには閉回路が必要ではなぜ雷電流は流れる
東京電気技術高等専修学校　講師　福田　務

Update Required To play the media you will need to either update your browser to a recent version or update your Flash plugin.

※テキスト中の図はクリックすると大きく表示されます

　電気回路の理論では、通常「電流は閉回路を流れる」と説明されている。ところで、落雷の際に生じる雷電流はこの理屈に合わないのではないかと思われる。
　雷雲の発生のメカニズムは複雑な構造をしているが、上昇気流によりつくられた雷雲は、例えば第１図に示すような負電荷を蓄積する。一方、その電荷に誘導された大地は正電荷を蓄積し、雷雲の負電荷との間で放電現象が起きる。これが雷電流である。
　ここで、放電路は電流が流れる回路と考えられるが、明らかに閉回路を形成していない。どう考えればよいだろう。

■第1図■

　確かに一見すると閉回路ができていないように思えるが、コンデンサに蓄えられた電荷の放電を想定してみると、雷電流の仕組みがよく分かる。
　第２図はコンデンサＣの放電状態のときの回路である。極板ａと極板ｂを導線で短絡すると、コンデンサＣに充電されている電荷は、導線を通って放電することになる。
　この第２図をよく見ると、確かにａｂ間は導線で結ばれ放電電流は流れるが、コンデンサＣの内部は導線で結ばれてはいない。つまり、閉回路はできていない。それにもかかわらず、電荷は導線を通り放電したのである。すなわち、電流が流れたことになる。では、閉回路ができなくても電流が流れるものであると結論づけてよいのだろうか。

■第2図■

　コンデンサＣの内部は、確かに線で結ばれていないが、第３図に示すように内部全体が変位電流

という電流の通路になっていると考えるのである。そのため実質的には、電流の閉回路ができて電流

が流されることができると考えることが正しい。

■第3図■

　ここで導体に流れる電流と変位電流の違いを説明しておこう。
　導体に流れる電流

は、ある導体の断面を毎秒当たり、どれだけの電荷（電気量）が通過するか、つまり１秒間当たりの通過電気量で定義されるものである。
　これに対し、変位電流

はコンデンサ内部の電束密度を

［Ｃ/㎡］、時間を

［ｓ］、コンデンサの極板面積を

［㎡］とするとき、次式で定義されるいわば、見掛けの電流である。

　しかしながら、見掛けの電流といっても

電荷

［Ｃ］の関係があるので、

となって

と

は等しいことが分かる。
　つまり、電流

と変位電流

は性質は違っても、同じ回路を流れる同一電流であるといってもよい。結局、第３図のコンデンサ放電回路は閉回路が構成されているものと考えることができる。

　第４図のように、コンデンサ放電回路の考え方を雷電流の場合にも適用することができる。すなわち、雷雲と大地間の電界空間をコンデンサの極板間（電極空間）に、そして落雷の放電路をコンデンサの導線に置き換えて考えてみればよい。
　このように雷電流も電界空間を流れる変位電流の存在を認めることによって閉回路が構成されていることになる。

■第4図■

～終わり～
■ぜひアンケートにご協力下さい■