電圧は、回路に電流を押し出す「電気的な圧力」です。水道管の水圧のようなものと考えてください。電圧が高いほど、押し出す力が強くなります。単位はボルト (V) です。電流や電力とは違います！

• 1ボルト = 1ジュール/クーロン (電荷あたりのエネルギー)
• 電圧が電流を流す (圧力が水の流れを引き起こすように)
• 2点間で測定される (電位差)
• 電圧が高いほど、電荷あたりのエネルギーが多い

電圧 (V) = 圧力、電流 (I) = 流量、電力 (P) = エネルギーの割合。P = V × I。1Aで12V = 12W。同じ電力でも、電圧と電流の組み合わせは様々です。

• 電圧 = 電気的な圧力 (V)
• 電流 = 電荷の流れ (A)
• 電力 = 電圧 × 電流 (W)
• 抵抗 = 電圧 ÷ 電流 (Ω, オームの法則)

直流 (DC) 電圧は方向が一定です：電池 (1.5V, 12V)。交流 (AC) 電圧は方向が反転します：壁のコンセント (120V, 230V)。実効値電圧 (RMS) = 実効的な直流換算値。

• DC: 定電圧 (電池、USB、回路)
• AC: 交流電圧 (壁のコンセント、送電網)
• RMS = 実効電圧 (120V AC RMS ≈ 170V ピーク)
• ほとんどのデバイスは内部でDCを使用 (ACアダプターが変換)

ボルト (V) は電位のSI単位です。ワットとアンペアから定義されます：1 V = 1 W/A。また、1 V = 1 J/C (電荷あたりのエネルギー) でもあります。アトからギガまでの接頭辞がすべての範囲をカバーします。

• 1 V = 1 W/A = 1 J/C (厳密な定義)
• 送電線用のkV (110 kV, 500 kV)
• センサー、信号用のmV、µV
• 量子測定用のfV、aV

W/A と J/C は定義上ボルトと同じです。関係性を示します：V = W/A (電流あたりの電力)、V = J/C (電荷あたりのエネルギー)。物理学を理解するのに役立ちます。

• 1 V = 1 W/A (P = VI から)
• 1 V = 1 J/C (定義)
• 3つすべてが同じ
• 同じ量に対する異なる視点

アブボルト (EMU) とスタットボルト (ESU) は古いCGS単位系に由来します。現代ではほとんど使われませんが、歴史的な物理学の教科書に登場します。1 スタットV ≈ 300 V; 1 アブV = 10 nV。

• 1 アブボルト = 10⁻⁸ V (EMU)
• 1 スタットボルト ≈ 300 V (ESU)
• 廃止された。SIボルトが標準
• 古い教科書にのみ登場

基本的な関係：V = I × R。電圧は電流と抵抗の積に等しい。いずれか2つが分かれば、3つ目を計算できます。すべての回路解析の基礎です。

• V = I × R (電圧 = 電流 × 抵抗)
• I = V / R (電圧から電流)
• R = V / I (測定値から抵抗)
• 抵抗器では線形、ダイオードなどでは非線形

どんな閉ループでも、電圧の合計はゼロになります。円を描くように歩くのと同じで、高度の変化の合計はゼロです。エネルギーは保存されます。回路解析に不可欠です。

• 任意のループ周りのΣV = 0
• 電圧上昇 = 電圧降下
• 回路におけるエネルギー保存
• 複雑な回路の解析に使用される

電場 E = V/d (距離あたりの電圧)。短い距離で高い電圧 = 強い電場。落雷：数メートルにわたる数百万ボルト = MV/m の電場。

• E = V / d (電圧から電場)
• 高電圧 + 短距離 = 強電場
• 絶縁破壊：空気は約3 MV/mでイオン化する
• 静電気ショック：数mmにわたるkV

USB：5V (USB-A)、9V、20V (USB-C PD)。電池：1.5V (AA/AAA)、3.7V (リチウムイオン)、12V (自動車)。論理回路：3.3V、5V。ノートパソコンの充電器：通常19V。

• USB：5V (2.5W) から 20V (100W PD)
• スマホのバッテリー：3.7-4.2V リチウムイオン
• ノートパソコン：通常19V DC
• 論理レベル：0V (低)、3.3V/5V (高)

家庭用：120V (米国)、230V (欧州) AC。送電：110-765 kV (高電圧 = 低損失)。変電所で配電電圧に降圧します。家庭の近くでは安全のために低電圧にします。

• 送電：110-765 kV (長距離)
• 配電：11-33 kV (地域)
• 家庭用：120V/230V AC (コンセント)
• 高電圧 = 効率的な送電

粒子加速器：MVからGVまで (LHC：6.5 TeV)。X線：50-150 kV。電子顕微鏡：100-300 kV。落雷：通常100 MV。バン・デ・グラフ起電機：~1 MV。

• 落雷：~100 MV (1億ボルト)
• 粒子加速器：GV範囲
• X線管：50-150 kV
• 電子顕微鏡：100-300 kV

接頭辞の各ステップ = ×1000または÷1000。kV → V: ×1000。V → mV: ×1000。mV → µV: ×1000。

• kV → V: 1,000倍する
• V → mV: 1,000倍する
• mV → µV: 1,000倍する
• 逆：1,000で割る

P = V × I (電力 = 電圧 × 電流)。2Aで12V = 24W。10Aで120V = 1200W。

• P = V × I (ワット = ボルト × アンペア)
• 12V × 5A = 60W
• P = V² / R (抵抗が既知の場合)
• I = P / V (電力から電流)

V = I × R。2つが分かれば3つ目が見つかる。4Ωにかかる12V = 3A。5V ÷ 100mA = 50Ω。

• V = I × R (ボルト = アンペア × オーム)
• I = V / R (電圧から電流)
• R = V / I (抵抗)
• IまたはRを求めるには割り算

USB-Cは20V、5Aを供給します。電力はいくらですか？

P = V × I = 20V × 5A = 100W (USB Power Deliveryの最大値)

5V電源で、LEDは2V、20mAを必要とします。どの抵抗器を使いますか？

電圧降下 = 5V - 2V = 3V。R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω。標準の150Ωまたは180Ωを使用します。

なぜ10kVではなく500kVで送電するのですか？

損失 = I²R。同じ電力P = VIなので、I = P/V。500kVでは電流が50分の1になり、損失は2500分の1になります (I²の係数)！

神経細胞は-70mVの静止電位を維持しています。活動電位は+40mVまで上昇し (110mVの変動)、~100m/sで信号を伝達します。あなたの脳は20Wの電気化学コンピュータです！

典型的な落雷：~5kmにわたり~100MV = 20kV/mの電場。しかし、損傷を引き起こすのは電流 (30kA) と持続時間 (<1ms) です。エネルギー：~1GJ、家1軒を1か月動かすことができます—もし捕獲できれば！

デンキウナギは防御や狩りのために600V、1Aを放電できます。直列に6000個以上の発電細胞 (生物学的電池) を持っています。ピーク電力：600W。獲物を瞬時に気絶させます。自然界のテーザー銃です！

USB-C PD 3.1：最大48V × 5A = 240W。ゲーミングノートPC、モニター、さらには一部の電動工具も充電できます。あなたのスマホと同じコネクタです。すべてを支配する1本のケーブル！

電力損失 ∝ I²。電圧が高いほど、同じ電力で電流が低くなります。765kVの送電線は100マイルあたり1%未満しか失いません。120Vでは1マイルですべて失われます！そのため、送電網ではkVが使われます。

バン・デ・グラフ起電機は1MVに達しますが、安全です—電流がごくわずかだからです。静電気ショック：10-30kV。テーザー銃：50kV。心臓を通過する電流 (>100mA) が危険なのであり、電圧ではありません。電圧だけでは死にません。

ボルタが電池 (ボルタの電堆) を発明。最初の連続的な電圧源。単位は後に彼に敬意を表して「ボルト」と名付けられた。

オームがV = I × Rを発見。オームの法則が回路理論の基礎となる。当初は拒絶されたが、現在は基本。

ファラデーが電磁誘導を発見。磁場を変化させることで電圧が誘導できることを示す。発電機を可能にする。

第1回国際電気会議がボルトを定義：1オームの抵抗に1アンペアの電流を流す起電力。

ウェスティングハウスがナイアガラの滝発電所の契約を獲得。交流が「電流戦争」に勝利。交流電圧は効率的に変圧できる。

CGPMがボルトを絶対的な用語で再定義。ワットとアンペアに基づく。現代のSI定義が確立。

ジョセフソン電圧標準。量子効果が10⁻⁹の精度でボルトを定義。プランク定数と周波数に基づく。

SIの再定義：ボルトは現在、固定されたプランク定数から導出される。正確な定義であり、物理的なアーティファクトは不要。

電圧は電気的な圧力です (水圧のように)。電流は流量です (水の流れのように)。高電圧が必ずしも高電流を意味するわけではありません。電流がゼロの高電圧 (開放回路) や、電圧が低い高電流 (ワイヤーによる短絡) もあります。

電線での電力損失はI²に比例します (電流の2乗)。同じ電力P = VIの場合、電圧が高いほど電流は低くなります。765kVは同じ電力で120Vよりも電流が6,375分の1になり、損失は約4,000万分の1になります！そのため、送電線ではkVが使われます。

いいえ、体を流れる電流が人を殺すのであり、電圧ではありません。静電気ショックは10-30kVですが安全です (<1mA)。テーザー銃は50kVですが安全です。しかし、高電圧は抵抗を通して電流を強制的に流すことができるため (V=IR)、高電圧はしばしば高電流を意味します。心臓を通過する50mA以上の電流が致死的です。

直流 (DC) 電圧は方向が一定です：電池、USB、太陽電池パネル。交流 (AC) 電圧は方向が反転します：壁のコンセント (50/60Hz)。実効値電圧 (RMS) (120V, 230V) は実効的な直流換算値です。ほとんどのデバイスは内部でDCを使用しています (ACアダプターが変換します)。

歴史的な理由です。米国は1880年代に110Vを選択しました (より安全で、絶縁が少なくて済む)。ヨーロッパは後に220-240Vに標準化しました (より効率的で、銅が少なくて済む)。どちらも問題なく機能します。電圧が高いほど、同じ電力で電流が低くなり、電線が細くなります。安全性と効率性のトレードオフです。

はい、直列に接続した場合です。直列に接続された電池は電圧が加算されます (1.5V + 1.5V = 3V)。並列に接続した場合、電圧は変わりません (1.5V + 1.5V = 1.5V、ただし容量は2倍になります)。キルヒホッフの電圧則：任意のループ内の電圧の合計はゼロになります (上昇分は下降分に等しい)。