電流のソースを表示

{{otheruses|物理量|佐賀藩の軍艦|電流丸}}
{{物理量
 |名称= 電流
 |英語= electric current
 |画像=
 |記号= ''I'', ''i''
 |次元= I
 |階= スカラー
 |SI= [[アンペア]] (A)
 |emu= [[ビオ (単位)]] (Bi)・[[アブアンペア]] (abA)
 |プランク= [[プランク電流]]
|esu=[[スタットアンペア]] (statA)}}
'''電流'''（でんりゅう、{{lang-en-short|electric current}}）とは、[[電荷]]群が連続的に流れる現象のこと<ref name="NihonDaiHZ">『日本大百科全書』【電流】</ref>。またその規模を表す[[物理量]]のこと。

[[電子]]や[[イオン (化学)|イオン]]などの荷電粒子が[[導電体]]や空間を移動する流れである。

== 概要 ==
[[物理量]]としての電流は、電荷の移動の強度であり、移動する電荷の量と移動に要する時間との比である。一定の電流 <math>I</math> <ref group="注">量記号<math>I</math> は「電流の強さ」を意味する intensité du courant の頭文字から来ているが、日本語では「電流の大きさ」と表現することが多い。電気工学に係る領域では直流電流を大文字の<math>I</math>、交流電流を小文字の {{mvar|i}} と記して区別し、電流との混同を避けるために虚数単位を j と書く慣習がある。物理領域では小文字の i は電流密度を表すことがある。</ref> が時間 <math>t</math> の間保持されるとき、運ばれる電荷 <math>Q</math> との間には以下の関係がある。

:<math>I = {Q \over t}</math>

時間の単位を秒（[[秒|s]]）、電荷（[[電荷|電気量]]）の単位をクーロン（[[クーロン|C]]）<ref group="注">電荷はミクロには離散的だが、マクロには[[流体]]のように連続的なものとして近似できる。<!--

電流密度の面積分としての電流は、しかしながら、電荷が面を通過するときにだけ[[ディラックのデルタ関数|デルタ関数]]的な電流が流れるので、我々がマクロに観測している連続的な「電流」は電流だけではなく[[変位電流]]も含んでいる。面を通過するときにだけ流れるデルタ関数的な電流と変位電流が互いに打ち消し合うことによって、連続体近似が正当化されている。←怪しい。　後にある「磁場との関係において電流と変位電流は不可分」はよいですが、それとこれとは別の話です。

--></ref>とするとき、電流の単位は[[アンペア|アンペア(A)]]である。

<math>Q</math>は、そのときの物質内部の状況（電荷がどれだけ激しく[[クーロン力]]を受けているか、その物質内部をどれだけスムーズに通過できるか等）に依存して変化する[[変数 (数学)|変数]]であり、以下の式で表される。

:<math>Q = {ESt \over \rho}</math>

ここで、<math>E</math>は物質内部の[[電場]]の大きさ（[[ニュートン (単位)|N]]/C）、<math>S</math>は断面の面積（[[平方メートル|m<sup>2</sup>]]）、<math>t</math>は測定時間（[[秒|s]]）、<math>\rho</math>はその物質の[[電気抵抗率]]（N·m<sup>2</sup>·s/C<sup>2</sup>）である。

つまり、ある断面を通過する電気量は、電場が大きい（[[電位]]の傾きが急）ほど、断面が広いほど、測定時間が長いほど、電気抵抗率が小さいほど、大きくなるといえる。

{{Seealso|電子移動度}}
{{Seealso|オームの法則}}


[[国際単位系]]では、電流の単位[[アンペア]]は[[SI基本単位|基本単位]]の1つに選ばれており、[[電気素量]] <math>e</math> を用いて次のように定義されている<ref>{{Cite web|和書|url=https://unit.aist.go.jp/nmij/public/report/SI_9th/pdf/SI_9th_日本語版_r.pdf|title=国際単位系（SI）第 9 版（2019）日本語版|accessdate=2021年7月29日|publisher=国立研究開発法人産業技術総合研究所 計量標準総合センター|author=国際度量衡局（BIPM）}}</ref>。

<math display="block">1 \mathrm{~A}=\left(\frac{e}{1.602176634 \times 10^{-19}}\right) \mathrm{s}^{-1}</math>

[[磁場]] <math>\boldsymbol{B}</math> 中にある電流の微小部分（電流素片<ref group="注">電荷素片は実在するが電流素片は実在しない。詳しくは前野 (2010) の pp. 198-199 を参照せよ。</ref>）<math>d\boldsymbol{s}</math> は、その中の電荷が[[ローレンツ力]]を受けることで全体として <math>Id\boldsymbol{s}\times\boldsymbol{B}</math> の[[アンペール力]]を受ける。電流は[[マクスウェルの方程式]]に従って磁場を生起する<ref group="注">これを利用する電流センサや[[架線電流計]]、[[変流器|計器用変流器]]などは、[[電流計]]や[[検流計]]とは違って回路の特性を変えずに電流を測ることができる。</ref> ので、複数の電流が近距離で流れていると<!--

<ref group="注">この「電流が流れる。」という表現は、日本語のあらゆる文脈で非常によく見かける表現だが、これは[[重言]]の一種であり、文法上あまり適切でない。重言を回避するならば、「電流が発生する。」「電流が生じる。」「電荷が流れる。」などと表現するべきである。ちなみに[[英語]]の「電流が流れる。」は「An electric current flows.」であり、重言が回避されている。）</ref>

-->、これらの電流は互いに[[アンペール力]]を及ぼし合う。

2019年までの国際単位系では、『[[真空]]中の同一[[平面]]上に、 <math>1\mathrm{~m}</math> の間隔で[[平行]]に配置された2本の[[直線]]の[[リード線|導線]]に、等しい大きさの電流を流したときに、一方の電流が他方の電流に及ぼす[[アンペール力]]の大きさが、導線<math>1\mathrm{~m}</math> あたり <math>2\times10^{-7}\mathrm{~N}</math> となるような電流の大きさ』を <math>1\mathrm{~A}</math> と定義していた。

== 電流の向き ==
[[電気回路]]においては、電流は向きと大きさを持つ[[ベクトル]]である。電流の向きは「正電荷の流れる向き」と定められている<ref name="NihonDaiHZ" />。負電荷が流れている電流については、見かけ上は「逆方向に正電荷が流れている電流」とまったく同じであり、両者を区別することはできない<ref group="注">これは実際に、導体内部を、正電荷, 負電荷がそれぞれ逆方向に移動する様子を図示してみると分かりやすい。</ref>。従って、負電荷が流れている場合でも、「逆方向に正電荷が流れている」と解釈することで、電流を定義できる。

電流の担い手となる物質のことを[[電荷担体|キャリア]]と呼ぶ。キャリアには[[電子]]・[[陽子]]・[[正孔]]などがある<ref>{{Cite web|url=https://www.austincc.edu/wkibbe/truth.htm|title=The Truth About Electricity|accessdate=2021年7月29日|publisher=William Kibbe}}</ref>。


*[[金属]]製[[リード線|導線]]、[[炭素]]製[[抵抗器]]、[[真空管]]においては、電流は[[電子]]の[[流れ]]である<ref name="Stackexchage_17109">{{Cite web|title=electricity - Why is the charge naming convention wrong?|url=https://physics.stackexchange.com/questions/17109/why-is-the-charge-naming-convention-wrong|website=Physics Stack Exchange|accessdate=2021-07-30}}</ref>。物理学の初学者が、まず最初に学習するキャリアである。


*バッテリー（[[鉛蓄電池]]）、電解コンデンサ（[[:en:electrolytic capacitor]]）、[[ネオン管]]においては電流は[[イオン (化学)|イオン]]の流れであり、正の電荷（positive）と負の電荷（negative）の両方である（それぞれ逆方向に流れている）<ref name="Stackexchage_17109" />。


*（[[水素]]）[[燃料電池]]や[[氷]]においては、電流は[[陽子]]の流れである<ref name="Stackexchage_17109" />。


*[[半導体]]においては、電流は[[正孔]]（の移動）である<ref name="Stackexchage_17109" />。<!--

詳しくは[[正孔]]の記事を読んでもらえばよい、と判断。「これは必ずしも電子の欠如と同義ではない」<ref name="Stackexchage_17109" />。

--><!--

仮想の論敵を作って反論する必要は無い。まっとうな知識をおだやかに説明すればよい。

導体の話は「導体」という記事ですべき。話がやや逸れている。

身近な反例としては、[[人体]]は[[ナトリウムイオン]]や[[カリウムイオン]]などをキャリアとした[[導体]]であること（[[活動電位]]）や、[[氷]]は[[水素イオン]]<ref>de Grotthuss, C. J. T. (1806). ''Sur la décomposition de l'eau et des corps qu'elle tient en dissolution à l'aide de l'électricité galvanique''. Ann. Chim. '''58''': 54–73.</ref> や[[水酸化物イオン]]<ref>{{Cite journal|last=Watanabe|first=N.|last2=Sameera|first2=W.M.C.|last3=Hidaka|first3=H.|last4=Miyazaki|first4=A.|last5=Kouchi|first5=A.|date=2019-12|title=Ultraviolet-photon exposure stimulates negative current conductivity in amorphous ice below 50 K|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0009261419308012|journal=Chemical Physics Letters|volume=737|pages=136820|language=en|doi=10.1016/j.cplett.2019.136820}}</ref> をキャリアとして双方向の電流を流す[[半導体]]である<ref>{{Cite web|title=氷はマイナスの電気を流す半導体？ – 紫外線で電子の移動を制御 {{!}} academist Journal|url=https://academist-cf.com/journal/?p=12106|date=2019-11-21|accessdate=2021-07-28|first=直樹|last=渡部}}</ref>ことを挙げることができる。

-->


歴史上の経緯から、電子の電荷は『負』と定義されているため、キャリアが電子である場合には、電流と電子の流れる向きは互いに逆向きの関係となる。これは、『正電荷は、[[電池]]のどちらの電極から流れ出て、どちらの電極に流れ込んでいるのか』という問題（すなわち[[減極剤|プラス極とマイナス極]]を定義する問題）に、かつての[[化学者]]が直面したときに、その選択を誤ってしまったことが原因である。

もし仮に、電池のプラス極とマイナス極が反対に定義されていたら、[[陰極線]]は『陽極線』と命名され（逆に現在の[[陽極線]]は『陰極線』と命名され）、電子の電荷は『正』と定義され、電流と電子の流れる向きは一致していたであろう。

時間によって流れる向きと大きさが変化しない電流を[[直流]]、流れる向きは変化せず大きさが[[周期]]的に変化する電流を[[脈流]]、流れる向きも大きさも周期的に変化する電流を[[交流]]という。直流以外の電流の大きさの指標として絶対値平均（平均値）や[[二乗平均平方根]]（[[実効値]]）が使われる。このように電流が時間変化すると、[[ファラデーの電磁誘導の法則]]と合わせて[[電場]]と[[磁場]]が互いに直交するように[[電磁波]]（[[光]]）が伝播する。

== 分類 ==
=== 直流・交流・脈流 ===
{{main|直流|交流|脈流}}
[[ファイル:Types of current.svg|thumb|250px|直流、脈流、交流の関係。Y軸は電流および電圧。X軸（t）は時間。赤線が直流、青線が脈流、緑線が交流である。]]

電流は向きと大きさの時間変化の仕方によって次のように分類される：

;[[直流]]（{{lang-en-short|direct current}}, 略記：DC）
:向きが交代せず、大きさが一定の電流。
;[[脈流]]（{{lang-en-short|pulsating current}}）
:向きが交代せず、大きさが時間とともに周期的に変化する電流。
;[[交流]]（{{lang-en-short|alternating current}}, 略記：AC）
:向きが時間とともに周期的に交代し、大きさが時間とともに周期的に変化する電流。

=== 変位電流 ===
{{main|変位電流}}

[[アンペールの法則]] <math>\mathrm{rot}\boldsymbol{H}=\boldsymbol{j}</math> は <math>\mathrm{div}\boldsymbol{j}=\mathrm{div}(\mathrm{rot}\boldsymbol{H})=0</math> を導き、これを満たす電流を定常電流という。連続方程式より定常電流の電荷分布は時間変化しない。非定常電流を含んでいても成り立つのはマクスウェル＝アンペールの法則 <math>\mathrm{rot}\boldsymbol{H}=\boldsymbol{j}+\partial_t\boldsymbol{D}</math> であり、右辺の第二項を変位電流という。このことは、コンデンサーの充電過程で導線の周りにアンペールの法則を適用する際に曲面がコンデンサーの間を通るようにするか否かで磁場が変わってしまうこと{{sfn|前野昌弘|2010|p=280}}からも、点電荷から放出される球対称な電流分布の「[[赤道]]」にアンペールの法則を適用する際に “[[北半球]]” と “[[南半球]]” で磁場が逆になってしまうこと{{sfn|前野昌弘|2010|p=296}}からも示唆される。

注意すべきこととして、非定常電流の場合は「電流がつくる磁場」や「変位電流がつくる磁場」といった表現はそもそも無意味であって、磁場との関係において電流と変位電流は不可分のものであり、[[ビオ・サバールの法則|ビオ＝サバールの法則]]で計算される磁場には変位電流の効果が自動的に織り込まれている<ref>{{Cite journal|和書|author=北野正雄 |date=2021-03 |url=https://doi.org/10.11316/peu.27.1_22 |title=変位電流をめぐる混乱について |journal=大学の物理教育 |ISSN=1340993X |publisher=日本物理学会 |volume=27 |issue=1 |pages=22-25 |doi=10.11316/peu.27.1_22 |CRID=1390006221183852544 |ref=harv}}</ref>。

=== 自由電流・束縛電流 ===

物質中の電磁気学では、[[誘電分極]]によって生じる分極電流 <math>\partial_t\boldsymbol{P}</math> と、[[磁化]]によって生じる磁化電流 <math>\mathrm{rot}\boldsymbol{M}</math> から成る束縛電流を電流（自由電流）に付け加える必要がある。なお、たとえば磁化電流の場合であれば、実際の磁石の中の電流はあくまでも磁性原子の電子スピンや電子軌道などに沿って分布して流れているのであって、マクロに見れば隣接する内部電流が互いに相殺されて無視され、最外壁に出来たものは打ち消されずに漏れ出てくるという事情に注意されたい<ref>{{Cite web|和書|url=https://dora.bk.tsukuba.ac.jp/~takeuchi/?電磁気学%2F静止物体中の%20Maxwell%20の方程式|title=静止物体中の Maxwell の方程式|accessdate=2021年7月31日|last=武内|first=修}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.moge.org/okabe/temp/elemag/|title=電磁気学|accessdate=2021年7月31日|first=洋一|last=岡部}}</ref>。

== 理論 ==

<!--

物理量としての電流（「電流の強さ」とも言う）は、[[向き付け可能性]]曲面 <math>S</math> と <math>S</math> 上の[[法線ベクトル]] <math>\boldsymbol{n}</math> を定めた上で、[[電流密度]]を[[面積分]]して「曲面 <math>S</math> を貫く <math>\boldsymbol{n}</math> 向きを正とした電流 <math>I_{S,\boldsymbol{n}}</math>」と表現せねばならない{{疑問点|date=2021年10月|title=面の向き（電流を正とする向き）が必要というのはその通りだが、法線ベクトルである必要はない。}}。したがって、導線中に仮想的に考えた[[メビウスの帯]]を通る電流の強さは定義されない。<math>S</math> は特に断りがなければ導線の断面を指すが、どちら向きをプラスとするか <math>\boldsymbol{n}</math> は必ず宣言する必要があり、回路図では'''矢印'''がその役割を果たす。このように誤解の恐れがないようにすれば、面積分の値を単に <math>I</math> と書くことができる。

-->[[電荷密度]] <math>\rho</math> は、微小体積 <math>dV</math> の領域に含まれる電荷 <math>dq</math> が <math>\rho dV</math> と等しくなるように定義され、次のように[[ディラックのデルタ関数]]を用いて表される。

<math display="block">\rho=\sum_{a}q_a\delta(\boldsymbol{r}-\boldsymbol{r}_a)</math>

ただし和は領域内のすべてにわたり、<math>\boldsymbol{r}_a</math> は電荷 <math>q_a</math> の位置ベクトルである。ここで <math>dq=\rho dV</math> の両辺に <math>dx^{\mu}</math> を掛けると、

<math display="block">dqdx^{\mu}=\rho dVdx^{\mu}=\rho dVdt\frac{dx^{\mu}}{dt}</math>

となり、左辺は[[4元ベクトル]]であり右辺の <math>dVdt</math> がスカラーなので、[[4元電流密度]]

<math display="block">j^{\mu}=\rho\frac{dx^{\mu}}{dt}=(c\rho,\boldsymbol{j})</math>

は4元ベクトルであり、<math>\boldsymbol{j}=\rho\boldsymbol{v}</math> を[[電流密度]]という<ref>{{Cite book|洋書|title=The Classical Theory of Fields|year=1975|publisher=Pergamon Press|author=Landau, L. D.|author2=Lifshitz, E. M.|edition=4th}}</ref>。[[電荷保存則]]から次の[[連続の方程式]]が従う。

<math display="block">\partial_{\mu}j^{\mu}=\mathrm{div}\boldsymbol{j}+\frac{\partial\rho}{\partial t}=0</math>

向き付けられた曲面 <math>\vec{S}</math> を貫く電流 <math>I_{\vec{S}}</math> は次の面積分で定義される。

<math display="block">I_{\vec{S}}=\int_{S}\boldsymbol{j}\cdot d\boldsymbol{S}</math>

電流密度は、[[ホッジ双対]]を用いて <math>\boldsymbol{J}=\star\boldsymbol{j}</math> という擬2次[[微分形式]]とみなすことができ、電荷密度は、考えている[[正規直交基底]] <math>\boldsymbol{e}_1, \boldsymbol{e}_2, \boldsymbol{e}_3</math> を用いて <math>\widehat{\rho}=\rho\boldsymbol{e}_1\wedge\boldsymbol{e}_2\wedge\boldsymbol{e}_3</math> という擬3次微分形式とみなすことができる{{sfn|新井朝雄|2003|p=296}}<ref>{{Cite journal|last=谷村|first=省吾|year=2015|title=電磁気の幾何学と単位系|url=http://www.sceng.kochi-tech.ac.jp/koban/quatuo/lib/exe/fetch.php?media=第4回quatuo研究会:quatuo2014_tanimura.pdf|journal=QUATUO研究会|volume=4|format=PDF}}</ref><ref>{{Cite web|和書|url=http://kir018304.kir.jp/nc/htdocs/?page_id=20|title=電磁気学におけるパリティについて|accessdate=2021年8月8日|last=北野|first=正雄}}</ref>。

== 電流の速度 ==
一般に「電流の速度」という語には次の3種類の意味がある{{sfn|前野昌弘|2010|p=169}}。

; [[ドリフト電流]]
: キャリアの速度の平均。一般的に電流が <math>I=enS|\boldsymbol{v}_{\text{d}}| </math> と表せる（<math>n</math> はキャリア数密度）。
; キャリアの運動速度
: 個々のキャリアの速さ。電子の速度。
; 電場変化の伝播速度
: 電流の伝播速度。電気信号の伝達速度。概ね[[光速]]と等しい。

日常的に使われる導線であれば、ドリフト速度は毎秒数ミリ程度、キャリアの移動速度は高々[[フェルミ面|フェルミ速度]]（一般的には光速の0.5%程度<ref>{{Cite web|和書|url=https://home.hiroshima-u.ac.jp/ino/lecture/SSP1note4_ino2017.pdf|title=固体物理学 I  講義ノート：第4章|accessdate=2021年7月31日|last=井野|first=明洋}}</ref>）、電場変化の伝播速度は光速である。したがって「電流の速度は光速である」といった説明は「電場変化の伝播速度が光速なので電流も光速で伝わる」と解釈されるべきだが、一方で「[[リード線|導線]]中の電子の速度は光速である」とする説明は誤りである。実際、電子などの質量をもつキャリアが光速やそれに近い速度で動くと[[静止エネルギー]]<math display="block">E={\frac {mc^{2}}{\sqrt{1-(v/c)^2}}}</math>が極めて大きな量となり不合理である。

== メカニズム ==
{{Main|バンド理論}}

=== 金属 ===
[[固体]]の[[電気伝導体|電気伝導性]]のある金属には、[[伝導電子]]に由来する移動可能な[[自由電子]]がある。それらの電子は[[金属#定義|金属格子]]に束縛されているが、個々の原子には束縛されていない。外部から[[電場]]が適用されなくとも、それらの電子は[[内部エネルギー|熱エネルギー]]の作用で無作為に動いている。しかしそれらの動きを平均すると、単なる金属内の電流は全体としてはゼロになっている。導線を輪切りにするような方向のある面を想定したとき、その面の一方からもう一方へ移動する電子の個数（時間も任意）は平均すると逆方向に移動する電子の個数と同じになっている。

=== 金属以外 ===
[[真空]]においては、イオンや電子のビームを形成できる。他の伝導性の媒体では、正の電荷と負の電荷を帯びた両方の粒子が流れを作り、電流を生じさせる。例えば[[電解液]]における電流は、電荷を帯びた原子（イオン）の流れであり、正のイオンと負のイオンの両方が存在している。[[鉛蓄電池]]のような[[電気化学]]的な電池では、正の水素イオン（陽子）が一方向に流れ、負の硫酸イオンが反対方向に流れることで電流が生じる。火花や[[プラズマ]]に生じる電流は、電子と同時に正および負のイオンも流れている。[[半導体|P型半導体]]では、電流を[[正孔]]の流れと見ることもできる。正孔は、半導体結晶内で[[価電子帯]]の電子が不足した状態を表したものである。<!--

== 電気回路 ==
{{main|電気回路}}
{{独自の研究|section=1|date=2022年11月}}

{{要出典範囲|[[電気伝導]]とは[[微視的と巨視的|マクロ]]系における[[電荷]]の流れであり、その代表的な対象が[[電気回路]]である。|date=2022年11月}}

実は、電流の向きを決める電池の[[電圧]]は[[熱力学]]的な[[電気化学ポテンシャル]]に他ならず、[[熱力学的平衡|平衡状態]]に意味を持つ[[電磁気学]]的な[[電位]]差（静電ポテンシャルの差）とは電子密度勾配などの影響によって一般に異なっている。たとえば、平衡状態にある[[半導体]]の[[pn接合]]では、電位差こそあれ電気化学ポテンシャルがないので電流は流れず、順バイアスをかけると電気化学ポテンシャルが電位差と逆向きに生じるので電位差から予想される向きとは逆向きに電流が流れる。[[エントロピー]]は平衡状態にしか意味を持たないので電気化学ポテンシャルもそうであるはずだが、ある位置を固定した上で局所的な電気化学ポテンシャルを電圧と線形関係を成すように[[電位差計]]を設置すると一定の時間が経てば一定の測定値を示すので、この事実をもとに非平衡定常状態にも自然に定義を拡張しているのである{{sfn|清水明|2007|p=300}}。このように回路は線形非平衡定常系の熱力学と捉えられ<ref>{{Cite journal|和書|author=田崎晴明 |year=2008 |title=非平衡定常系の熱力学と統計力学にむけて (<特集>線形応答理論から50年――非線形・非平衡の物理学) |url=https://doi.org/10.11316/butsuri.63.10_797 |journal=日本物理学会誌 |ISSN=00290181 |publisher=日本物理学会 |volume=63 |issue=10 |pages=797-804 |doi=10.11316/butsuri.63.10_797 |CRID=1390282680384379264}}</ref>、実際に[[ゼーベック効果]]や[[ペルティエ効果]]や[[トムソン効果]]のような熱流と電流が影響を及ぼし合う[[熱電効果]]が知られている。

また、一般に「抵抗に電流を流すと[[ジュール熱]]が発生する」と表現されるが、実際には[[系 (自然科学)|系]]に対して電流を流して[[仕事 (物理学)|仕事]]をしたことで系の[[エネルギー]]が上昇しているということであり、熱の移動はない。なぜ「ジュール熱が発生する」と表現されるのかというと、電流を流してから止めると流す前よりもエネルギーが増して温度が上昇した平衡状態に速やかに移行するが、そのエネルギーの増分を外部系に対する仕事として取り出す際には必ず抵抗を高温系（熱源）として[[熱機関]]を組むしかなく、[[熱力学第二法則]]より100%の効率で仕事を[[熱力学サイクル|サイクル過程]]で取り出すのは不可能になってしまうからであり、つまり「抵抗に電流を流して成した仕事が熱という使い勝手の悪いエネルギーとしてしか取り出せなくなる」ということを意味している{{sfn|清水明|2007|p=217}}。

この回路に流れる電流が平衡状態の周りに駆動力（電場、すなわち電圧）の[[冪級数]]で書ける摂動的領域<ref>{{Cite web|url=https://as2.c.u-tokyo.ac.jp/lecture_note/noneqSM/noneqsm_gakkai08s.pdf|title=noneqsm_gakkai08s.pdf|accessdate=2021年7月31日|last=清水|first=明}}</ref> では<math display="block">I=0+\frac{1}{R}V+a_2V^2+a_3V^3+\cdots</math>となり、1次の項の係数の逆数 <math>R</math> を[[電気抵抗]]という。関数 <math>I(V)</math> のグラフを <math>I-V</math> 特性（[[電流電圧特性]]）といい、それが原点を通る直線になること（[[線形応答理論|線形応答]]とみなせること）を[[オームの法則]]が成り立つという。古典的には[[ドルーデモデル]]によって説明されていたが、現代的には[[久保公式]]や[[ランダウアー公式]]を用いてミクロな統計モデルから導出することが可能である<ref>{{Cite web|url=http://jfujimo.to/memo/j-j/j-j.pdf|title=線形応答理論の簡単な例：Drudeの公式|accessdate=2021年7月31日|last=藤本|first=純治|format=PDF}}</ref><ref>{{Cite journal|和書|author=伏屋雄紀 |author2=福山秀敏 |date=2017-01 |url=http://www.kookai.pc.uec.ac.jp/kotaibutsuri/practical_guide_vol_2.pdf |format=PDF |title=誌上セミナー 久保公式とグリーン関数法の実践的基礎(その2) |journal=固体物理 |ISSN=04544544 |publisher=アグネ技術センター |volume=52 |issue=1 |pages=1-21 |CRID=1523388078303505280}}</ref>。電球のフィラメントの <math>I-V</math> 特性は上に凸な、半導体の <math>I-V</math> 特性は下に凸な曲線になる傾向がある。

-->

== 安全性 ==
電流が人体の近くで扱われる際には[[感電]]の危険がある。

落雷や電車架線への接触のように高電圧かつ大電流<ref group="注">「高圧電流」は誤用であり、それぞれ「高電圧」「大電流」と表現する。そもそも「高電圧で流れる電流」は大電流とは限らない。</ref> のときには[[熱傷]]を招く。

また心臓や脳に流れた場合は熱傷とは別に[[心停止]]といった機能不全を引き起こしうる。そのため、特に周波数が心拍数や脳波に近い条件の交流電源は低電圧であっても危険とされる。

感電により人体に及ぼされる損害の程度は、接触した部位や、接触部の表面積と濡れ状態、電圧/電流および周波数などに左右される。100{{nbsp}}V 50/60{{nbsp}}Hzの日本国内一般家庭電源は、乾いた状態で一瞬触る程度であれば触れた部分にしびれを感じる程度だが、変圧器を使っている場合や、水場では注意を要する。

また、感電とは別に、電流によって生じる熱の危険もある。送電線が過負荷に陥ると高温となり火災の原因にもなりうる。小さなボタン電池と金属製の硬貨をポケットに入れておいたために、それらの接触によって電流が生じ、焼け焦げを生じることもある。[[ニッケル・カドミウム蓄電池]]、[[ニッケル・水素充電池]]、[[リチウム電池]]は特に[[内部抵抗]]が小さいため、取り扱いに注意を要する。<!--

== 送電技術 ==
{{main|送電}}

=== 直流と交流 ===
{{see also|電流戦争}}

現在、送電には[[交流]]が広く利用されている。歴史的には[[トーマス・エジソン]]が[[直流]]方式の送電を広めようとし、[[ニコラ・テスラ]]が交流方式の送電を広めようとした。エジソンとテスラの競争（[[電流戦争]]）を経て、交流による送電システムが一般的に用いられるようになった。

直流方式が廃れた理由の一つとして、交流では[[変圧器]]による[[電圧]]の操作が容易だったことが挙げられる。送電中に発生する[[ジュール熱]]による[[エネルギー]]損失は電流の2乗に比例するため、損失を減らすためには電流を小さくしなければならない。電流量を小さく保ち必要な[[電力]]を生み出すには電圧を高くする必要がある。従って送電時にはなるべく電圧を高くしたほうが効率がよく、電気機器を利用する段階で適正な電圧になっていると都合がよい。そのためには変圧器により[[電力系統|送電網]]や[[配電]]網では需要家に近づくにつれて降圧する必要があり、変圧器の利用のためには交流方式を使うほうが理に適っていた。

=== 日本の送電における損失率 ===
送電損失率の低減は、発電電力量の削減による発電用エネルギー資源の節約に貢献する。日本の送配電損失率は4.8％（2010年度）<ref>[http://www.globalnote.jp/post-3711.html グローバルノート - 国際統計・ランキング専門サイト 統計データ配信]</ref> とされる。

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== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
=== 注記 ===
<references group="注釈"/>

<references group="注" />
=== 出典 ===
<references></references>

== 参考文献 ==
* {{Cite book|和書|author=新井朝雄 |title=物理現象の数学的諸原理 : 現代数理物理学入門 |publisher=共立出版 |year=2003 |ISBN=4320017269 |id={{全国書誌番号|20381969}} |ref=harv}}
* {{Cite book|和書|author=清水明 |title=熱力学の基礎 |publisher=東京大学出版会 |year=2007 |ISBN=9784130626095 |id={{全国書誌番号|21221045}} |ref=harv}}
* {{Cite book|和書|author=前野昌弘 |title=よくわかる電磁気学 |publisher=東京図書 |year=2010 |ISBN=9784489020711 |id={{全国書誌番号|21752278}} |ref=harv}}

== 関連項目 ==
{{Wikt}}
* [[送電]]
* [[漏電]]
* [[電荷保存則]]
* [[流束]]
* [[キルヒホッフの法則 (電気回路)|キルヒホッフの法則]]
* [[許容電流]]
* [[放電#非自続放電|暗電流]]
* [[地電流]]
* [[アンダーソン局在]]
* [[ガルヴァーニ電気]]
* [[ガルバニック皮膚反応]]
* [[電流戦争]]

{{電磁気学}}
{{電気電力}}

{{Normdaten}}

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[[Category:電流|*]]
[[Category:電磁気学]]
[[Category:電気理論]]
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