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電気はこうして生まれる
誰でもできる・今日から始める 節電大作戦 100 電気はこうして生まれる 学 習 の ● ポ ●●● イ ン ト ●●● POINT １ 電気の生まれる基本的なしくみ 。 POINT ２ さまざまな方法で生み出される電気。 当たり前のように存在している電気です。しか 主な発電所も基本的には同じしくみで電気を し、電力不足が叫ばれるまでは、日頃電気がどの 作っています。 ように生まれて、どこからやってくるのかを考え 火力発電所では、石油、石炭、天然ガスなどを ることはあまりなかったかもしれません。電気が 燃焼させ、蒸気を作り出し、タービンを回します。 どのようなものか、改めて知っておきましょう。 このタービンと発電機の中の磁石がつながってい 物質の最小単位の原子には、核と電子からでき て、巨大なコイルの中で磁石を回す事により、発 ています。核はプラス、電子はマイナスの電気を 電されます。 帯びています。何かの拍子に電子が原子から飛び 原子力では、使用する燃料がウランの核分裂に 出します。これが自由電子です。自由電子が電線 替わるだけで、基本的なしくみは同じです。 の中を移動します。この移動が電流です。 水力では水が落下する力で水車を回します。こ 電子の移動を作りだせば、電気がおき、その流 の水車と同時に発電機の磁石が回り発電します。 れが電流です。電気を生み出す身近なものとして 主な発電の方法は、上記の３種類ですが、その は、ペダルをこぐと点灯する自転車のライトがあ 他にも環境問題なども考慮に入れた発電の方法も ります。人が自転車をこぐ力を利用して電気を作 行われています。地熱を熱源としての地熱発電。 ります。自転車の車輪の回転に伴い磁石が使われ 風力発電は、風の力だけで発電機を回し発電しま ている回転軸も回ります。回転軸のまわりには、 す。太陽電池を使った太陽光発電、これは太陽の コイルが磁石を取り巻くようについています。磁 光のエネルギーを直接電気に換えて使います。太 石が回転することにより、電子の移動がおこり、 陽熱発電は、太陽光の熱を集めて熱源として、火 コイルに電流が流れます。さらにこのコイルとラ 力発電、原子力発電同様に、蒸気を作りタービン イトが線でつながっていて、ライトが点灯します。 を回すという方法で電気を起します。 1 章 -1 回転軸 電気の発生のしくみ 磁石 車輪の回転を磁石に伝える。 回転します。 コイル 電子 磁石を取り巻くようについている。 原子核 導線 原子の中の電子が飛び出します。 1 章 -2 自転車のこぐとつくライトでは、軸になっている磁石を回すと、 コイルの中で電子が飛び出し、次々と次の原子に移動し、 電気の流れができます。 6 電気の基礎知識 電気の単位 電気の周波数と 7 誰でもできる・今日から始める 節電大作戦 100 日本の電気の基礎知識 学 習 の ● ポ ●●● イ ン ト ●●● POINT １ 電気を表す基本的な単位の数々。 POINT ２ なぜ西日本と東日本でやりとりが難しい？ 電気は、電子の流れですが、その流れの密度、量、 交流では、プラスとマイナスを入れ替えながら その電気の仕事量を以下のように表します。電圧 送られています。交流で、1 秒間に何回入れ替わ （V: ボルト）で強さを、電流（A: アンペア）で流 るかが周波数です。日本では、この周波数が 50Hz （ヘルツ）と 60 Hz の２種類あります。 れる量を、消費電力（W: ワット）でどれだけの仕 事量になるかを単位で表します。計算式で表すと、 東日本では 50Hz、西日本では 60Hz です。静岡 消費電力（W: ワット）＝電圧（V: ボルト）×電流 県の富士川と新潟県の糸魚川を結ぶ線でおおよそ （A: アンペア）です。はたらいた時間（h）をかけ 分かれます。この違いは、東京電力の前身の東京 1 章 -1 電燈がドイツの 50Hz の発電装置を導入し、関西 た kWh が総消費電力量です。 回転軸 家電気の発生のしくみ 庭 に 送 ら れ て く る 電 圧 は、 欧 米 諸 国 で は 磁石 電力の前身の大阪電燈がアメリカの の発電 車輪の回転を磁石に伝える。60Hz 回転します。 200V 前後が普及していますが、 特別な場合を除き、 装置を導入したことに由来するものです。東北関 日本では 100V で統一されています。これは導入 コイル 東で電力が不足して、関西方面から電気を送れな された時に、使われていた電気機器のほとんどが いのかということで、この周波数の違いがクロー 100V の照明用電球で、高い電圧をかけると、電 ズアップされました。周波数の違いにより、西日 球の寿命を縮めてしまうからだと言われています。 本で作られた電気を東日本で使うことはできない 電流には、直流と交流の２種類があります。電 のが現状です。 池では、プラス、マイナスが決まっていて、一方 家庭電化製品に関しても、周波数の違いが影響 導線 電子 磁石を取り巻くようについている。 原子核 自転車のこぐとつくライトでは、軸になっている磁石を回すと、 原子の中の電子が飛び出します。 します。現在の電化製品は、周波数を自動で切り 方向に電気は流れます。これが直流ですが、コン コイルの中で電子が飛び出し、次々と次の原子に移動し、 替えることができるので、特に不便はありません。 セントに送られてきている電気は交流です。家庭 電気の流れができます。 製品によっては手動での切り替えが必要だったり、 電化製品は、直流の電気で稼働しますが、交流の 使えないものもありますので、注意は必要です。 1電気を機器の内部で直流に変換して使用します。 章 -2 電気の周波数と 電力会社の分布図 電気の単位 電気の単位 消費電力 ( W：ワット ) = 電圧 ( V：ボルト )× 電流 ( A：アンペア ) 北海道電力 総電力消費量 ( Wh：ワットアワー ) = 消費電力 ( W )× 時間 ( h ) 60Hz エリア 東北電力 北陸電力 中国電力 関西電力 沖縄電力 東京電力 中部電力 九州電力 四国電力 ※中部電力関内には、50Hz と 60Hz の地域があります。 50Hz エリア 1 章 -3 ７ 電気の基礎知識 8 電気の送られる道のり 誰でもできる・今日から始める 節電大作戦 100 発電所から家庭への長い道のり 1 章 -1 学 習 の ● ポ ●●● イ ン ト 回転軸 電気の発生のしくみ ●●● 磁石 車輪の回転を磁石に伝える。 回転します。 コイル POINT １ 電気は高圧で送られることでロスを軽減する。 電子 磁石を取り巻くようについている。 POINT ２ 使用用途によって違う電圧の電力が供給される。 原子核 発電された電気は、どのようにしてオフィス、 は 2 万 2000V で、工場へ。配電用変電所からは 工場、家庭に届けれるのでしょう。 6600V で、ビルディングや中規模の工場へ。さら 導線 に、電信柱の上などについている柱上変圧器を通 まず、発電所で作られる電気の電圧は、数千 V 自転車のこぐとつくライトでは、軸になっている磁石を回すと、 原子の中の電子が飛び出します。 コイルの中で電子が飛び出し、次々と次の原子に移動し、 して 100V または 200V の電気が家庭、小規模の （ボルト）から２万 V です。発電所のある場所から 電気の流れができます。 距離のある場所へ大量な電力が送られる時、27 万 工場へと送られます。 5000 〜 50 万 V という超高圧にして送られます。 家庭のコンセントには、通常 100V の電圧の電 1章 -2 消費電力（W: ワット）＝電圧（V: ボルト）×電流（A: 気がきています。２本の線を用いて交流の電気が アンペア）ですから、 一定の消費電力を得る為には、 流れる単相交流です。同じ単相ですが 200V を使 少ないことで送電によるロスを軽減できます。ま 給湯器、IH クッキングヒーターなどに使われます。 電気の周波数と 電気の単位 用する場合があります。大きなエアコンや、電気 電圧を上げれば電流が少なくてすみます。電流が 電力会社の分布図 電気の単位 消費電力 ( W：ワット ) た、送電される段階では交流で送られていますが、 = 電圧 ( V：ボルト )× 電流 ( A：アンペア ) 北海道電力 場合により、簡単な工事が必要になります。 総電力消費量 ( Wh：ワットアワー ) それは交流のほうが発熱により送電のロスが少な 200V には三相交流もあります。これは、３つ = 消費電力 ( W )× 時間 ( h ) エリア くてすむことと、変圧が容易であることが理由に 60Hzの線が用いられ、同じコンセントの穴が３つあり 東北電力 北陸電力 ます。それぞれから電気が流れてひとつになるた 上げられています。 中国電力 関西電力 電気は、発電所から超高圧変電所、一次変電所、 めに、大きな力を生むことができます。ロスする 中間変電所、配電用電所、柱上変圧器などを経て ことなく大きな力を得る事ができるので、工場の 沖縄電力 東京電力 中部電力 九州電力 送られます。使用用途に応じた電圧に変換されて ※中部電力関内には、50Hz と 60Hz の地域があります。 動力などの大きな電力を使用する機械などに適し 四国電力 送られ、使用されます。一次変電所からは、15 50Hz エリア ています。コンセントに穴が３つあっても、形の 万 4000V から６万 6000V で、鉄道、高い電圧の 違うものがひとつある場合に、それは漏電防止の アース線です。三相交流ではなく単相交流です。 必要な大工場などに送られます。中間変電所から 1章 -3 電気の送られる道のり ∼ 15 万 4000V 水力発電所 27 万 5000V 原子力発電所 15 万 4000V 超高圧変電所 小工場 大工場 200V 2 万 2000V 6 万 6000V ∼ 50 万 V 大工場 6 万 6000V 一次変電所 2 万 2000V 中間変電所 6600V 配電用変電所 6600V ∼ 15 万 4000V 柱上変圧器 100V 6 万 6000V ビルディング 中工場 火力発電所 鉄道発電所 住宅 8 電気の基礎知識 9