【電子工作入門編】電子工作を始める人がまず抑えるべき電気の基本

まず抑えるべき電気の基本

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オープニング

今回は、電子工作をこれから始める人に向けて、最低限覚えるべき電気の基本について説明していきたいと思います。

電子工作では、電子部品を使って電気の流れを変えたり止めたりといった事をするので、最初に電気が一体なんなのかをある程度理解しておいた方が、後でつまづく事が少なくなると思います。

本文

電気とは何か

それでは、まずはそもそも電気とは何かについて話をしていきます。

中学や高校の授業で必ず一度は聞いた事があると思いますが、電気は良く川とか水の流れで例えられます。ここでは、もう一歩踏み込んで、なんで電気と水が一緒なのか?というところから説明します。

そのためには、原子の世界に入っていく必要があります。それではこのLED点灯回路を拡大して見ましょう。
拡大すると、このように、たくさんの原子が並んでいるのが分かると思います。

さらにこれを拡大してみます。このように、原子核の周りに非常に小さい電子が周っており、これが電気の元になります。電子は普段は原子核の周りを周っており、電子はマイナス、原子核はプラスの性質を持っているため、この時全体で見ると電気的には中性の状態にあります。
そこに、この電線に何らかの力が加わると、電子が原子核の元を離れ、その力が加わった方向に飛んでいってしまいます。この時、電子と原子核が離れてしまいますので、飛んでいった電子はマイナス、原子核はプラスの性質を持った状態になります。

プラスとマイナスは引かれ合う性質があるため、プラスの原子核には、また他のところから飛んできた電子がやってきます。力がかかり続けている場合、この電子も更に飛んでいって、空いたところにまた他の電子がやってきます。
これを繰り返す事によって、電子の流れが継続的にできる事になり、それを電流と読んでいます。また、電線にかかった力の事は電圧と呼ばれます。
実はこの動きは、ミクロで見ると本質的には川の動きと全く同じです。
川がなぜ流れるかというと、一番下流にいる水が重力という外からの力によって標高の低い方に移動し、その空いた空間にまた少し上にいた水が流れ込み、これを繰り返す事で水が流れ続け、川になります。

電気と水で本質が同じという事が分かると、電子部品の役割も理解しやすくなってきます。
例えば川は、発電を目的とした場合はタービンを力強く回したいので傾斜をきつくし、野菜を育てるためにゆったり流したい時は傾斜を緩やかにします。
これと同じように、電気の世界でも勢い良く電流を流したい時は傾斜をきつくし、ゆったり流したい時は傾斜を緩やかにします。そして、その傾斜を調整するのが抵抗の役割です。傾斜をきつくしたい時は小さい抵抗を使い、傾斜をゆるくしたい時は大きい抵抗を使います。
また、発電をするためにダムで一時的に水を蓄えるように、電気の世界でも一時的に電子を蓄えたい事があります。その役割を担うのがコンデンサという部品です。

という事で、電気は水と同じような性質を持っており、その役割に応じて電子部品が存在する、という事が少しはイメージできたかと思います。

最低限抑えるべき電気の知識

次に、電気の基礎をおさらいできたところで、電子工作をする人が、最低限抑えるべき電気の知識を3つ紹介します。なお、ここでは触りの部分だけ紹介し、それぞれの細かい説明は別の動画で行っていく予定です。

まずは、電子部品の役割についてです。先ほど一部紹介したように、電気の流れを調整したり加工するために使われるのが電子部品です。
色々な調整の仕方に対応できるように、世の中にはたくさんの種類の電子部品があります。ただ、最初に覚えるのはこちらの5つだけで大丈夫です。基本的にはこれらの5個の部品を抑えておけば、それの応用で他の部品の役割や動作も理解できるようになると思います。例えばモータはコイルからできていますし、CPUやIC、オペアンプと呼ばれる部品は、超小型のトランジスタが大量に集められて1パッケージになったものになります。

知識①オームの法則

次に抑えるべき知識は、オームの法則です。

無計画に川の工事をして、思ったより川の流れがキツくなってしまったとか、川が氾濫してしまいました、というのは当然避けなければなりません。「どこまでなら川の傾斜をキツくしても大丈夫か」といった事を事前に計算して予測するためのツールが、電気の世界でオームの法則と呼ばれるものです。回路を確実に、且つ安全に動作させるためには必ず必要な知識なので、最初に抑えておきましょう。

知識②回路図の読み方

最後は、回路図の読み方です。

オームの法則を使って予測をする時に、それぞれの部品を実際に並べていてはかなりの手間がかかってしまいます。そこで、電気の世界では、それぞれの部品を簡易的なイラストで表した、回路図というものが使われています。

これを使うと、回路がスッキリと表現できるので概念的にとても分かりやすく、計算もしやすくなります。電子工作をやっていると頻繁に出てくるので、読み方を必ず覚えておきましょう。

最低限抑えておくべき回路図一覧を載せておきます。という事で、電子工作をする方が抑えるべき電気の基本について説明してきました。

ワンポイント

なお最後に、電気の事をもっと知りたい、という方に一つだけおすすめな本を紹介しておきます。
それは、こちらの「電気の事がわかる事典」です。

この本では、電気に関する基本的な知識から、最先端の技術まで、たくさんのイラストと共に分かりやすい言葉で解説されています。電気の世界をざっくりと幅広く知りたい人に最適な1冊となっていますので、もし興味のある方は見てみて下さい。

まとめ

今回は、電子工作をこれから始める人に向けて、最低限覚えるべき電気の基本について説明してきました。

今後は、ここで紹介した3つの知識について深掘りした動画もアップ予定ですので、そちらも合わせてご覧下さい。