電気利用。 6年理科「電気の利用」指導のポイント解説【指導計画】|みんなの教育技術

6年理科「電気の利用」指導のポイント解説【指導計画】|みんなの教育技術

電気利用

詳細は「」および「」を参照 概要 [ ] 電気に関する現象は古くから研究されてきたが、科学としての進歩が見られるのは17世紀および18世紀になってからである。 しかし、電気を実用化できたのはさらに後のことで、産業や日常生活で使われるようになったのは19世紀後半だった。 その後急速な電気の発展により、産業や社会が大きく変化することになった。 一方で漢語の「電気」の「」はの別名であり、いわば「電気」というのは「雷の素」といった意味になる。 による研究はしばしば「雷の正体が電気である事を発見した」と紹介されるが、この文章は字義的な矛盾を含む事になる。 もちろん「電気」という漢語がフランクリンの時代以後に作られたからである。 古代 [ ] 古代の電気研究者 電気について知識がなかったころにも、電気を発生させる魚類の電気ショックに気づいていた人々がいた。 ごろのの文献にそういった魚を「の雷神」とする記述があり、全ての魚の守護神だと記している。 そういった魚類についての記述は、千年以上後の、、イスラムの学者らの文献にもある。 やといった古代の著作家は、やによるの例をいくつか記しており、それらの電気ショックがを伝わることを知っていた。 やなどの患者をそういった電気を発する魚に触れさせるという治療が行われたこともある。 や他の自然界の電気が全て同じものだという発見は中世という可能性もあり、15世紀の辞書で雷を意味する raad という言葉がも表すとされていた。 バグダッド電池 古代の周辺地域では、の棒を猫のでこすると羽根のような軽い物を引き付けるという性質が知られていた。 ごろのは一連のについての記述を残しているが、彼は琥珀をこすって生じる力はだと信じており、のような鉱物がこすらなくても発揮する力と同じものだと考えた。 タレスがそれを磁力だと考えたことは間違っていたが、後に電気とには密接な関連があることが判明している。 古代ギリシア人は、琥珀のボタンが髪の毛のような小さい物を引きつけることや、十分に長い間琥珀をこすれば火花をとばせることも知っていた。 で1936年に発見された、紀元前250年頃のものとされる、なるものはに似ている。 バグダッド電池は人がを知っていた証拠とする説もあるが、これを単に金属棒に巻物を巻いて収め地中に埋めた壺(つまり電池ではない)とする説もある。 近世 [ ] ライデン瓶、Boerhaave博物館、ライデン イタリアの物理学者は、『 De Subtilitate』()のなかで 、電気による力ととをおそらくは初めて区別した。 にイギリスの科学者は、『 De Magnete』のなかでの業績について詳細に述べ 、ギリシア語単語「琥珀」 elektron からラテン語単語 electricus を作り出した。 electricity という英単語の最初の使用は、の1646年の著作『 』の中にあるとされる。 ギルバートに続いて、には静電発電機を発明した。 はに、電気による牽引と反発は真空中で作用し得ると述べた。 はに、物質をととに分類した。 は、のちに positive(陽)、 negative(陰)と称ばれることになる、電気の2つの型を最初に同定した。 大量の電気エネルギーの蓄電器の一種であるは、で、によって発明された。 ワトソン はライデン瓶で実験し、に静電気の放電は電流に等しいことを発見した。 1773年、は間に働く力が電荷の積に比例し、距離の2乗に反比例することを実験で確認。 1785年にがとして定式化した。 1791年、は動物電気()の発見を発表。 から筋肉に信号を伝える媒体が電気であることを示した()。 1800年、は亜鉛と銅を交互に重ねたを発明。 それまでのよりも安定的に動作する電源となった。 1820年、がの基礎となる電流による磁気作用を発見。 は現象を再現してさらに詳細な研究を行った。 とは1820年、電流とその周囲に形成される磁場の関係を定式化()。 1821年、はその現象を応用したを発明。 1830年、ファラデーとが現象を発見。 電気と磁気(と光)の関係を定式化したのはで、1861年から1862年の論文 で発表した。 これにはの1845年の論文が影響を与えた。 は1827年、を含む電気回路の数学的解析を発表した。 は1845年、を発見。 これらの成果を基に(1853年)、(1883年、再発見)、(? 年)が電気回路に関する電圧、電流、電源の考え方を確立した。 このように19世紀前半に電気の研究は大いに進展したが、19世紀後半にはが急速に発展した。 は交流を応用した電気機器(交流発電機ほか)を発明。 後の電気の発電、送配電に大きな影響を与えた。 また、蛍光灯やの発明も行った。 は、などを発明。 はの原理を確立。 はテスラのの権利を取得し、交流発電・送電システムの確立に寄与した。 も電気産業の発展に貢献。 は電話を発明。 電気は科学的興味の対象からの推進力となり、日常生活に欠かせないものへと変貌していった。 物理学における電気 [ ] やなどの固有の性質に由来する。 より、した(こはく)に物が吸い寄せられるなどの電気現象が知られており、にはこのような性質を持つものと持たないものがあるということがわかっていた。 近代になってが発展すると、これらの現象(電気)は、定量化することができ、また保存されるということがわかった。 電気の現象を研究する物理学の分野はと呼ばれている。 電気が多量にあると思われる場合や逆に少量しかない場合など、条件に応じて、物が吸い寄せられるなどの電気現象にその程度の相違が観察されたり、雷の火花の大きさの程度により、電気にも水量と同様にその嵩があるとして、電気の嵩の多少を示す量として電気の量、即ち「」というものが考えられている。 これに対して、「」とは「電気量」の多少を特に問わずに電気が存在しさえすれば足りる時に「電荷」があるなどと言い表し、「電気量」とは少し視点が異なり、電荷量とは言わないことが多い。 電気は 正と 負の二種類がある。 正と正または負と負に帯電した物体同士は反発し合い、正と負に帯電した物体同士は引き合う。 そのの強さはにより計算することができる。 また、これにより「電気量」の単位を決めることもできる。 電気エネルギーは他の様々なエネルギーに変換でき、また逆に他のエネルギーから電気エネルギーにも変換できる。 概念 [ ] 電荷 [ ] に電荷を蓄えると、金属箔が電荷によって反発して開く。 電荷が存在すると電磁気力が発生する。 電荷が互いにを及ぼしあう現象は古くから知られていたが、その原理は古代には分かっていなかった。 ガラス棒を布でこすって(電荷を帯びること)させ、それを紐でつるした軽いボールに触れさせると、ボールが帯電する。 同様のボールを同じようにガラス棒で帯電させると、2つのボールは互いに反発しあう。 しかし一方をガラス棒で帯電させ、もう一方を琥珀棒で帯電させると、2つのボールは互いに引き付け合う。 このような現象を研究したのが18世紀後半ので、彼は電荷には2種類の異なる形態があると結論付けた。 すなわち、同じ種類の電荷で帯電したものは反発しあい、異なる種類の電荷で帯電したものは引き付け合う。 この力は荷電粒子自身にも働くため、電荷は物体表面に互いに距離をとるように一様に分布する傾向がある。 この電磁気力の強さはで定式化されており、互いの電荷の積に比例し、距離の2乗に反比例する。 電磁気力はに次いで強い力だが 、強い相互作用とは異なりあらゆる距離に働く。 ずっと弱いと比較すると、2つの電子が電磁気力で反発しあう力はそれらがで引き付け合う力の10 42倍である。 電子と陽子の電荷は極性が逆であり、物体全体の電荷は正の場合と負の場合がありうる。 一般に電子の電荷を負、陽子の電荷を正とする。 この習慣はの業績に由来する。 電荷量は記号 Q で表され、その単位はである。 電荷は物質だけでなくにもあり、それぞれに対応するは大きさが等しく極性が逆の電荷量を持つ。 電荷量を測定する手段はいくつかある。 は最初の電荷測定機器だが、今では授業での実験などでしか使われない。 今では電子式のがよく使われている。 電流 [ ] は目に見える電流の一種である。 物質を電流が流れる過程をと呼び、その性質は流れる荷電粒子と物質の性質によって様々である。 の場合は電子が流れ、においては(電荷を帯びた)が液体中を流れる。 粒子自体の移動速度は極めて遅く、せいぜい毎秒数ミリメートルだが 、それによって形成されるはに近い速度で伝播する。 そのため、電気信号は導線上で極めて高速に伝送される。 電流はいくつかの目に見える現象を引き起こし、歴史的にはそれらが電流の存在を確認する手段でもあった。 水に電流を流すと分解されるという現象は1800年にとが発見した。 これがいわゆるである。 そこからさらに研究が進み、1833年にがを解明した。 のある物質を電流が流れるとき、局所的な発熱がある。 これを研究したのがで、1840年に数学的に定式化したを導き出した。 電流に関する最も重要な発見をしたのはで、1820年に講義の準備をしているときに導線に電流を流したときに近くにあった方位磁針が振れることに気づいた。 これが電気と磁気の基本的相互作用の発見であり、そこからが発展することになった。 工学や実用的観点では、電流を DC と AC に分類することが多い。 これは電流が時間と共に変化するかしないかを示した用語である。 直流はなどが発する電流であり、常に一方向に流れる電流である。 交流は電流の流れる向きが定期的に逆転する場合を指す。 交流の電流の強さの時間変化はを描くことが多い。 したがって、交流が流れる導体内では電荷(電子)が一方向に進むことはなく、短い距離を行ったり来たりすることになる。 交流の電流の強さをある程度以上の時間で平均するとゼロになるが、エネルギーはある方向に運搬され、次に反対方向に運搬される。 交流には定常的な直流では見られない特性があり、やに影響を受ける。 そういった特性は電源を入れた直後など回路のが主題となる場合に重要となる。 電場 [ ] 平面導体上の正電荷が作る電気力線 電場は空間の位置によって変化し 、ある位置に正の単位電荷量を静止させて置いたとき、その電荷が受ける力の強さがその位置の電場と定義される。 この概念上の電荷をと呼び、自身の電場が影響を及ぼさないようほとんどないくらいに小さく、しかもを生じないために決して動かないものとする。 電場は定義上からであり、力はである。 つまり、電場自身もベクトル量であり、大きさと方向がある。 明らかに電場はである。 静止した電荷が形成する電場を研究する分野がである。 電場は空間の各点における方向に沿って描いた想像上の曲線で視覚化できる。 この概念を導入したのはファラデーで 、これを「」と呼び、今も時折見かける。 正の点電荷をその電場内で動かそうとした場合、点電荷が通る経路は電気力線に沿ったものになる。 ただしこれは物質的存在とは無関係の想像上の概念であり、電気力線の間も含めて空間全体に電場は存在する。 静止した電荷から発する電気力線にはいくつかの特性がある。 まず、電気力線は正の電荷を始点とし、負の電荷を終点とする。 次に、良導体がある場合は常に直角に入っていく。 さらに、電気力線同士が交差することはない。 中空の導体では電荷は常にその外側の表面に分布する。 従って、その内部のどの位置でも電場はゼロとなる。 これがの動作原理であり、金属殻で囲まれた内部は外界の電場から隔離される。 静電気学の知識は高電圧装置の設計において重要である。 電場を満たしている媒体には必ず耐えられる電場の強度(電界強度)の限界がある。 電界強度がその限界を超えるとがおき、帯電した部分の間にによるフラッシュオーバーが生じる。 例えば空気の場合、電極の間が狭いなら電界強度が30kV毎センチメートルを越えると電弧が生じる。 電極間の距離が大きい場合は限界がさらに低くなり、1kV毎センチメートルでも電弧を生じることがある。 はこの現象が自然界で発生したもので、上昇気流によって地面と隔てられて電荷を蓄えた雲が電場を生じ、その強度が空気の限界を超えたときに発生する。 大きな雷雲の電位は100MVにもなり、その放電エネルギーは最大で250kWhほどになる。 電界強度は近くに導体があると大きく影響され、特に尖った導体の先端部分に電気力線が集中する。 この原理を応用したのがで、その尖った先端が周辺で発生する雷を引き寄せ、建物を守ることになる。 電位 [ ] 「」も参照 電位の概念は電場の概念と密接な関係がある。 電場内に小さな電荷を置こうとすると力を受け、その力に逆らって電荷をその場所に置くことはとなる。 ある位置の電位とは、単位試験電荷を遠からその位置までゆっくり運ぶのに要するエネルギーと定義される。 一般にその単位はであり、1ボルトとは無限遠から1の電荷をその位置に運んでくることが1の仕事となる位置の電位である。 この電位の定義は公式なものだがあまり実用的でない。 より実用的な定義として電位差すなわちがある。 こちらは単位電荷を2地点間で移動させるのに要するエネルギーと定義される。 電場は「保存性」という特殊な性質があり、試験電荷の移動に際して移動経路と移動に必要なエネルギーは無関係である。 2地点間の任意の経路で同じエネルギーを要するので、電位差は一意に定まる。 ボルトはむしろ電位差の単位として認識されており、は日常的によく使われる。 実用においては、電位の比較・参照の際の基準を定義した方が便利である。 定義上は無限遠がそれにあたるが、より実用的には自体がそのどこをとっても同じ電位だと仮定することで基準点となる。 この基準点をアースまたはと呼ぶ。 地球は正及び負の電荷の無限の源泉とみなすことができ、そのため電気的には帯電していないし、帯電させることもできないと見なせる。 電位はであり、方向はなく大きさだけの量である。 これは重力場におけると似ている。 ある高さで物体を離すと重力を発している重力源に向かって落ちていく。 同様に電荷をある電位に置くと電場の電気力線に沿って「落ちて」いく。 地図に同じ高さの地点を結んだが描かれるように、電場においても同じ電位の地点を結んだ等電位線を描くことができる。 等電位線は電気力線とは直角に交わる。 また、電気伝導体の表面は電位が等しいため、の表面とは平行になる。 仮に伝導体表面に電位差があってもその電位差をなくすように電荷が移動して等電位になる。 電場は正式には単位電荷に及ぼされる力と定義されているが、電位の概念を使えばもっと実用的で等価な定義が可能である。 すなわち、電場とは電位の局所的である。 通常で表され、電位の勾配がもっともきつい方向(つまり等電位線が最も密になっている方向)が電場の方向となる。 電磁気学 [ ] 電流の周囲には磁場がある。 1821年、エルステッドは電流の流れる導線の周囲にが存在することを発見し、電気と磁気に直接的な関係があることがわかった。 さらにその相互作用は当時自然界に存在することがわかっていた重力や静電気力とも異なるようだった。 方位磁針にかかる力は単に電流の流れる導線との間の引力や斥力といったものではなく、それとは直角な方向の力である。 エルステッドはこれを「電気的衝突は回転するように働く」とやや不明瞭に表現した。 この力は電流の向きにも依存し、電流を逆向きに流すと力の向きも反対になる。 エルステッドはその発見を完全には解明しなかったが、その現象が相互的であることは述べている。 すなわち、電流が磁石に力を及ぼすと同時に、磁場が電流に力を及ぼすということである。 この現象をさらに研究したのがで、2つの平行な導線にそれぞれ電流を流すと相互に力を及ぼすことを発見した。 同じ方向に電流を流すと2つの導線が引き付けあい、逆方向に電流を流すと反発しあう。 この相互作用はそれぞれの電流によって生じる磁場同士が介在して起きるもので、という単位の定義にもこの現象が使われている。 電動機は電磁気学の重要な現象を利用している。 電流が磁場を通ると電流および磁場の向きに対して直角の力を受ける。 この磁場と電流の関係は極めて重要であり、この現象からマイケル・ファラデーが1821年にを発明した。 ファラデーのはがのプールの中央につき立てられた状態になっている。 その上から導線が垂らされていて先端が水銀に浸っている。 導線に電流を流すと接線方向に力が働き、導線が磁石の周囲を回るように動く。 1831年、ファラデーは導線を磁場を横切るように移動させるとその両端に電位差が生じることを発見した。 これがであり、さらなる研究によってと呼ばれる法則を見出した。 すなわち、回路に乗じる電位差は、回路を貫くの変化の割合に比例するという法則である。 この発見を応用し、ファラデーは銅の円盤を回転させる機械エネルギーを電気エネルギーに変換する世界初のを1831年に発明した。 このファラデーの円盤は原始的なもので実用可能なレベルではなかったが、磁気を使って発電できる可能性を示した。 ファラデーとアンペールの業績により、時間と共に変化する磁場が電場を生み出し、時間と共に変化する電場が磁場を生み出すことが示された。 つまり、電場または磁場が時間と共に変化すれば、もう一方の場が必然的に誘導される。 このような現象はの性質を持っており、一般にと呼ばれる。 電磁波については1864年にが理論的に解析した。 マクスウェルは、電場、磁場、電荷、電流の関係を明確に示す一連の方程式を導出。 また彼は電磁波がで伝播することを証明し、光も電磁放射の一種であることを示した。 は光、場、電荷を統合し、理論物理学における重要な進歩となった。 電気回路 [ ] 詳細は「」を参照 光や動力を得たり、有用な計算をさせるために、をで繋いだものを、電気回路という。 電気回路は、、、、、、その他の電子部品などから成る。 にはなどのが使われており、な挙動を示すため、それを表すにはが必要である。 最も単純な電気回路部品はでかつを示すもので、一時的にエネルギーを蓄えられるが電力源は含まず、入力に対して線形に反応する。 は最も単純な受動素子である。 名前が示す通りそれを通る電流に対してを示し、エネルギーの一部を熱に変換する。 電気抵抗は導体内を電荷が移動する結果生じる。 例えば金属では主に電子同士やイオン同士の衝突によって電気抵抗が生じる。 電気工学の基本法則であるによれば、抵抗器を流れる電流はその両端の電位差に比例する。 多くの物質の電気抵抗値は、広範囲の温度や電流値に対してほぼ一定である。 は電荷を蓄える機能を持つ素子で、蓄えた電荷によって生じた電場にエネルギーを蓄える。 概念的には薄い絶縁層を2枚の導体の板で挟んだ形状で、を増すために体積に対して表面積を増やすべく、実際には金属薄膜をコイル状に巻いている。 静電容量の単位はに因んで命名されたもので、 F で表す。 1ファラドのコンデンサに1クーロンの電荷を蓄えると1ボルトの電位差が生じる。 コンデンサを電圧源に接続すると、最初は電流が流れて電荷が蓄積される。 しかし、電荷が蓄えられていくと電流は時間と共に減少し、最終的に全く流れなくなる。 従ってコンデンサでは定常電流()が流れることはなく、むしろそれを阻止する性質がある。 は一般に導線のであり、そこに流れる電流によって生じた磁場にエネルギーを蓄える素子である。 電流が変化するとその磁場も変化し、が生じる。 その誘導起電力は電流の時間変化に比例し、その比例定数をと呼ぶ。 インダクタンスの単位はに因んだもので、 H で表す。 1ヘンリーのコイルに1秒間に1アンペアの割合で変化する電流を流すと、1ボルトの誘導起電力が生じる。 コイルはある意味でコンデンサとは逆の作用をし、定常電流は自由に流れるが、電流の急激な変化は阻止しようとする。 応用面の話題についてはも参照。 発電と電気の利用 [ ] 発電と送電 [ ] 「」および「」も参照 前述の通り、電気エネルギーはさまざまな形態のエネルギーへの変換が容易であり、伝送も比較的簡単であるので、現代ではさまざまな分野で必要不可欠のものとなっている。 非電気エネルギーを電気に変換することを、発電と呼ぶ。 タレスの琥珀棒の実験は、電気エネルギー生産の最初期の研究だった。 その現象は軽い物なら引き寄せることができ、火花を発生させることもあるが、発電方法としては極めて非効率である。 史上初の実用的な電力源は18世紀に発明されたである。 ボルタ電池から始まったはエネルギーを化学的に蓄え、そこから必要に応じて電気エネルギーを引き出して使うことができる。 電池は様々な用途に使える一般的な電力源だが、蓄えているエネルギー量は有限であり、完全に放電すると再充電するか廃棄するしかない。 電気エネルギーへの大きな需要に応えるためには、継続的に発電し、電線を通してそれを送電する必要がある。 電力は主にで駆動されるで発電され、水蒸気を発生させるための熱源としてはの燃焼やの発生する熱が使われている。 あるいは水流や風の持つを利用して発電機を駆動する場合もある。 そういった発電機は1831年のとは似ても似つかないものだが、磁場を横切る形で移動する伝導体の両端に電位差が生じるというに従って発電している。 19世紀末にが発明され、高電圧低電流でより効率的に電力を送ることが可能になった。 が効率化されたことで1つの大きなで発電して広い地域に電力を供給できるようになり、の効果が発揮されるようになる。 は世界各国で重要性が増しつつある。 国家規模の電力需要を賄えるほど電気エネルギーを蓄えるのは容易ではないため、電力網には常に必要とされるだけの電気エネルギーを供給し続ける必要がある。 そのためには常に電力需要を注意深く予測し、発電所間で常に連携する必要がある。 ある程度の発電能力は、急激な電力需要増や何らかの障害への対策としてとって置く必要がある。 国が近代化し経済発展すると共に、電力需要は急激に増大する。 歴史的に見て、電力需要の成長率は他のエネルギー形態のそれよりも急激だった。 環境問題への懸念から、やといったに注目が集まりつつある。 様々な発電技法の環境への影響が議論される中で、これらは相対的にクリーンだとされている。 利用 [ ] はによってを発光させる。 電気はエネルギーの形態としては極めて柔軟であり、その用途は極めて幅広い。 1870年代に実用的なが発明され、が電力の用途として最初に一般に普及した。 照明に電気を使うことは新たな危険性を伴っていたが、同時にガス灯などの火をそのまま使う従来の技法に付きまとっていた火災の危険性を大きく低減させることになった。 電力網は電気照明のためにまず大都市圏から急激に整備され始めた。 電球が利用している現象は、より直接的にでも利用されている。 電気エネルギーをジュール熱に変換して利用することは制御が容易で便利だが、元々の発電で熱エネルギーを電気エネルギーに変換していることを考えると大きな無駄ともいえる。 デンマークなどの多くの国々で、新たに建設する建物で電気を熱源として利用することを制限または禁止する法律が成立している。 しかしながら電気は やのエネルギー源としてよく使われていて、その分野の需要増が電力需要全体を押し上げている。 電気はにも使われている。 中でもは1837年、と ()が最初に商業化した。 1860年代には大陸間の電信網、さらにはができ、電気によって数分で世界中に通信可能となった。 技術も通信の一部を担うようになったが、やはり通信の大部分は電気が担っている。 電磁気学的現象を目に見える形で使っている例としてがあり、クリーンで効率的な動力源となっている。 など据え置き型では電力供給が容易だが、のような電動機自体が移動する用途では、電池を搭載して電力を供給するか、のような機構で電力を供給する必要があり、移動距離や移動範囲が制限されている。 20世紀最大の発明の1つである は、現代のあらゆるの基本素子である。 最近のには、数センチ平方メートルの中に数十億個の微細なトランジスタが含まれている。 日常用語における電気 [ ] 日常的に 電気という場合、下記のように様々な意味で用いられる。 または(例: 「電気が流れる」)• 電流を流す力(、と同義)• の一種(またはと同義)• 、または電気を使用した器具の(例: 「電気をつける」)• 電気屋 - を販売する店()。 電気そのものを販売しているのはであるが、一般的にそれを指して言うことはほぼ無い。 ただし、電気に携わる研究者ないし技術者が自らを「電気屋」と呼称する事はあり得る。 (電力会社が販売する電力)の俗称 電気と自然界 [ ] 生理学的効果 [ ] 詳細は「」を参照 人間の身体に電圧がかかると細胞に電流が流れ、比例関係にあるわけではないが、電圧が高いほど流れる電流も大きくなる。 知覚されるしきい値は供給周波数や電流の流れる経路によって異なるが、知覚されやすい周波数でだいたい0. 1mAから1mAである。 電流が十分強ければ筋肉が収縮し、心臓の筋肉が細動し、を生じる。 電気伝導体が帯電しているかどうかは一見しただけではわからないため、電気は一般に危険なものとされている。 感電による苦痛は強烈な場合もあるため、電気はの手法にも採用されてきた。 感電によって死に至ることもある。 の手段として感電を使うもあるが、最近ではそういった死刑手段は使われなくなる傾向にある。 逆に人工的な電気エネルギーで生体電気現象の復帰を促す方法としてがある。 自然界における電気現象 [ ] デンキウナギ Electrophorus electricus 電気は人類の発明品ではなく、自然界にも様々な形で見られ、その代表例が現象のである。 放電現象には他にもある。 やによるやといった巨視的レベルでよく見られる相互作用は、原子スケールでの電場間の相互作用に起因している。 は地球の核を流れる電流で生まれた天然のによって生じていると考えられている()。 やのような結晶は、圧力を加えられると電位差を生じる。 これをと呼び、1880年にとジャック・キュリーが発見した。 この効果は可逆的で、圧電性のある物質に電圧を印加すると、その形状が微妙に変化する。 (とくに)などの生物は電場の変化を知覚し反応する。 これをと呼ぶ。 捕食や防御のために自ら電気を発生させる生物もあり、それをと呼ぶ。 例えばのは筋肉細胞が変化した「発電板」を持ち、高電圧を発生することで獲物を探し麻痺させる。 全ての動物は細胞膜に沿ってと呼ばれる電圧パルスを発生させて情報を伝え、による神経系によってまで情報伝達する。 はこのシステムを刺激し、筋肉を収縮させる。 活動電位は特定の植物や動物においてその活動を調整する役目を果たしている。 やはそういった神経系の電位差を測定して図示するもので、は脳内の電気活動を間接的に測定して図示するものである。 電気を放つ主な生物 [ ]• 強電気魚 ・ ・ ・• 弱電気魚 ・ ・ ・種々の ・等の電気魚• 電気感覚のみを有し電気器官のない電気魚 ・ ・ ・ 主に、 ・ ・ ・ ・例外として 魚ではないが電気感覚はある 文化と電気 [ ] ラボで実験をするニコラ・テスラ 19世紀から20世紀初めにかけて、産業が発達していたにおいても一般大衆にとって電気は日常生活の一部ではなかった。 当時のでは電気を不思議な魔法のような力として描くことが多く、生きものを殺したり、死者を蘇らせたり、自然の法則に反する力を発揮するものとして描かれていた。 そのような見方は1771年、がを応用して死んだカエルの脚をけいれんさせる実験を行ったことに端を発している。 そして、明らかに死んだ人間が電気の刺激で息を吹き返したという話がガルヴァーニの研究のすぐ後に医学誌に報告された。 『』 1819 を書いたもそれらの話を知っていたが、彼女は怪物を生き返らせた方法について特に固有名詞を挙げていない。 電気を使った怪物の復活は後のホラー映画の定番となった。 の日本では1912年に東京市内の家庭電灯がほぼ完全に普及するが、同時に最新の代名詞ともなっており、など電気とは無関係の商品名にも使われた。 の生命線として電気が徐々に大衆にもなじみのあるものになっていくと、肯定的に捉えられることが多くなっていった。 は1907年の詩 で、電気に関わる技師について "finger death at their gloves' end as they piece and repiece the living wires"(手袋の端で死に触れ、生きたワイヤーを繕う)と記している。 の作品や《》ものなどの冒険小説では、電気を動力源とする乗り物が重要な役割を演じた。 、、といった科学者も含めて、実在か架空かを問わず電気に精通した人は一般に大衆からは魔法使いのような力を持っているとみなされた。 1950年代には電気は物珍しいものから日常生活に不可欠なものへと変貌し、なんらかの災害が起きたことを示すことの多い「停電」のときだけ注意を惹くようになった。 停電がおきないよう電力網を維持している作業員たちはのヒット曲「」 1968 で無名のヒーローとして歌われている。 脚注・出典 [ ] []• Jones, D. , pp. 794-6• 5-7• 182-185• The ; a library of universal knowledge 1918 , : Encyclopedia Americana Corp• , pp. 6-7• Frood, Arran 27 February 2003 , , BBC , 2008年2月16日閲覧。 Cardano, Girolamo, De subtilitate rerum. Libri XXI. Nuremberg, Johann Petreius, 1550. Described at , facsimile. , pp. 7-8• Douglas Harper 2001. Retrieved August 29, 2006. , pp. 75-95• , pp. 92-94 フランクリンが単独でこの実験を行ったかは定かではないが、一般にフランクリン1人の業績とされている。 331-333• , p. 2-5• 457• 「同種の電気を蓄えた2つの小さな球の間の斥力は、2つの球の中心間の距離の2乗に反比例する」 Charles-Augustin de Coulomb, Histoire de l'Academie Royal des Sciences, Paris 1785. , p. , pp. 215-216• 77-79• , pp. 87-91• , p. The Q originally stood for 'quantity of electricity', the term 'electricity' now more commonly expressed as 'charge'. , p. Ward, Robert 1960 , Introduction to Electrical Engineering, Prentice-Hall, p. , p. , p. 140• 23-24• 370 なお、講義の後という文献や講義の最中だったという文献もある。 , p. , pp. 206-207• , pp. 223-225• ほとんど全ての電場は空間の位置によって変化する。 例外としては、無限に広がる平面の導体が帯電している場合の電場は一様である。 469—470• , p. 479• , p. , p. , pp. 201—202• , p. 167• 494—498• , p. 500• Saeli, Sue, , 2007年12月9日閲覧。 , p. , p. 92—93• 696—700• 2-4• , pp. 182-183• 44—48• Edison Electric Institute, , 2007年12月8日閲覧。 IndexMundi, , 2007年12月8日閲覧。 , p. , p. 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ネットを介した役務提供 電気通信利用役務の提供)に係る消費税がH27年10月から変更されている! 今回は、電気通信利用役務の提供に係る消費税の取扱いが、平成27年10月1日から変更されているというお話。 最近は、ソフトウェアのダウンロードやインターネット広告、クラウドサービスなど、知らない間に国外の事業者と取引をしているということが、しばしばあります。 経理担当者は、消費税の取扱いに注意する必要があります。 今回は、電気通信利用役務の提供に係る消費税の課税関係について確認していきます。 税制改正により、平成27年10月1日より取り扱いが変更された 税制改正により平成27年10月1日から、インターネット等を介して行われる役務提供(電気通信利用役務の提供)に係る消費税の内外判定基準が変更されました。 従来は、「役務提供者の役務提供に係る事務所等の所在地」により判定が行われていましたが、変更後は、「役務の提供を受ける者の住所等」により判定を行うことになりました。 今回は、電気通信利用役務の提供のうち、国外事業者から役務の提供を受ける場合のご説明をさせていただきます。 以前は、不公平感があった! 例えば、インターネットを利用したダウンロードサービスで考えた場合、改正前は、国内事業者のサービスからダウンロードすると消費税が課税され、国外事業者のサービスからダウンロードすると消費税は課税されないという取り扱いでした。 しかし、この改正で、国外事業者のサービスであっても、国内の事業者が役務提供を受ける場合には、消費税が課税されることになりました。 そもそも電気通信利用役務の提供とは? 『電気通信利用役務の提供』というとどういうサービスが該当するのか分かりづらいのですが、具体例が国税庁のパンフレットに掲載されています。 「電気通信利用役務の提供」に該当する取引具体例 電気通信利用役務の提供に該当する取引は、 対価を得て行われる 以下のようなものが該当します。 なお、インターネットのWeb サイトから申込みを受け付けるようなクラウドサービス等において、「事業者向け」であることを当該Web サイトに掲載していたとしても、消費者をはじめとする事業者以外の者からの申込みが行われた場合に、その申込みを事実上制限できないものは、取引条件等から「当該役務の提供を受ける者が通常事業者に限られるもの」には該当しません。 国税庁パンフレットより抜粋 事業者向け以外(消費者向け) インターネットを介した国外事業者との取引で消費税を課税するといっても、国外事業者の場合、きちんと税金を納めてくれるのか?という問題が生じます。 国外事業者といっても、名前の知れた大手だけでなく、国外の中小企業者と取引するようなことがあるわけです。 そこで、税金のとりっぱぐれがないように、徴収方法の検討が行われたのだと思います。 事業者向けのサービスなら、サービスの提供を受ける者も、事業者なので消費税の申告をしています。 通常は、サービスを提供する事業者が消費税を納付することになるのですが、サービスの提供を受ける事業者に納税義務を課せば、サービスの提供を受ける事業者は、国内事業者なので、税金の徴収がより確実になります。 なので、サービスの受け手が納付するリバースチャージ方式という課税方式にしたのだと思います。 次に、消費者向けのサービスに関しては、消費者は、消費税の申告を行わないので、サービス受け手に納税義務を課すことができません。 そのため、やむなく、サービスを提供する国外事業者に消費税の納税義務を課したのだと思います。 しかし、国外事業者に消費税の納税義務を課しても、きちんと納付してもらえるかわかりません。 納付してくれない国外事業者からの仕入れについて仕入税額控除を認めれば、その負担は、最終的に国が負うことになります。 そこで、消費者向けサービスに関しては、登録制にして、登録を受けた事業者からのサービスに関してのみ、仕入税額控除ができるとしたのだと思います。 事業者向けサービスの取扱い 事業者向けサービスに関しては、リバースチャージ方式の適用があります。 リバースチャージ方式とは、サービスの提供を受ける国内事業者が国外事業者に代わって消費税の納税を行う方式のことをいいます。 参考)国税庁Q&Aより 例えば、輸入貨物に係る消費税については、輸入者(仕入を行った者等)が、課税貨物に係る消費税額等を輸入時に納税するとともに、輸入時に納税した消費税額について、確定申告の際に仕入税額控除を行います。 リバースチャージ方式は、この輸入時納税を確定申告の際に行っていると考えると分かり易いのではないでしょうか。 すなわち、一の行為によって、その取引等に課された(課される)消費税が、納税と控除の両面で登場することになります。 そのためなのか、『当該課税期間において、課税売上割合が95%以上の事業者や簡易課税制度が適用される事業者は、「事業者向け電気通信利用役務の提供」を受けた場合であっても、経過措置により当分の間、その役務の提供に係る仕入れはなかったものとされますので、その課税期間の消費税の確定申告では、当該仕入れは課税標準額、仕入控除税額のいずれにも含まれません。 』とされています。 課税売上割合95%以上・簡易課税の場合・・・リバースチャージ方式適用なし リバースチャージ方式の適用がないといっても、そもそも 国外事業者からの電気通信役務の提供のうち、事業者向けのサービスに関して、請求額には消費税が課されていないので、「課税標準、 仕入税額控除のいずれにも含まれません」という部分に注意。 仕分け方法はいろいろあると思いますが、下記のようなイメージです。 ) ・事業者向けのクラウドサービス 消費者向けサービスの取扱い 消費者向けサービスの場合、役務の提供を行った国外事業者が、登録国外事業者に該当するか、該当しないかにより、消費税の仕入税額控除ができるかどうかが変わってきます。

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一人暮らしの平均的な電気代 夏・冬は電気代が上がる!?

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主体的・対話的で深い学びの実現に向けた授業改善 「主体的・対話的で深い学び」の視点から授業改善を行い、資質・能力を育成するには、どのようにすればよいのでしょうか。 まず、「主体的な学び」を実現するには、電気の性質や働きが自分たちの生活に非常に重要な役割を果たしていることを理解し、電気の効率的な利用について考えられるようにすることが大切です。 例えば、手回し発電機や光電池で発電した電気を使って身の回りの物を動かすことで、そのままでは、光やモーターなどの強弱が安定せず使いづらいことを体験し、利用するには工夫が必要だと気付くことなどが考えられます。 最近では、多くの電気製品にプログラミングの仕組みが取り入れられ、生活に合わせた効率的な利用ができるようになってきています。 これらの仕組みについて知ることで、電気の効率的な利用について考えられるようにすることも大切です。 次に、「対話的な学び」では、自然の事物・現象との対話や周りの人との意見の交流を通して、自分の考えをしっかりと持つことや、実験結果や話合いを基に考えを見直したり、修正したりすることが大切です。 例えば、手回し発電機を回した時の手応えと働きから、電気の量と働きについて考えます。 手応えが大きいほど発電する電気の量が大きいことに気付き、この気付きを科学的に解決するために、周りの人と話し合いながら実験方法を考えます。 手回し発電機の回転の速さと数を同じにして、豆電球と発光ダイオードの点灯時間などを比較することが考えられます。 この活動から得たデータを基に電気の量と働きについて話し合い、変換方法によって、同じ量の電気でも働く時間が異なることを捉えることができます。 最後に、「深い学び」では、新たに獲得した資質・能力に基づいた「理科の見方・考え方」を、日常生活における問題解決の場面で働かせることが大切です。 2018 年には、北海道で「ブラックアウト」と言われる現象が起こりました。 発電量と使用量の均衡が崩れることで生活が大きく変化することや、身の回りには電気のエネルギーを利用して実に多くの物が働いていることを捉え、エネルギーを効率的に利用する意識を持って行動できるようにすることが大切だと考えます。 単元のねらい 電気の量や働きに着目して、それらを多面的に調べる活動を通して、発電や蓄電、電気の働きについての理解を図り、観察、実験などに関する技能を身に付けるとともに、主により妥当な考えをつくりだす力や、主体的に問題解決しようとする態度を育成する。 単元計画(全9時間) 一次 1・2・3時 発電した電気を使って、身の回りの電気製品を働かせてみよう。 ・電気は、光、音、熱、運動などに変換できる。 問い ・手回し発電機や光電池でつくられた電流は、向きや強さが変わるのだろうか。 また、電流を一定にして利用するには、どうしたらよいのだろうか。 ・電気製品や変換の種類によって、使用する電気の量は異なるのだろうか。 二次 4・5時 手回し発電機や光電池は、電流の向きや強さを変えることができるのだろうか。 考察 手回し発電機の回す向きを変えたり、光電池のつなぐ向きを変えたりすると電流の流れる向きが変わる。 また、回す速さや光の量で、電流の強さを変えることができる。 6・7時 変換の方法によって、使用する電気の量は異なるのだろうか。 同じ電気の量でも、豆電球より発光ダイオードの方がより長く点灯する。 三次 8・9時 電気の発電や利用について調べたことをまとめよう。 考察 今の電気の発電方法は火力発電が主流だが、これからは太陽光や風力など多様な発電が進められる。 これからは、効率よく電気を利用していく必要がある。 単元デザインのポイント 全体の流れ 子供が主体的に問題解決に取り組むために、手回し発電機や光電池を使って発電した電気で身の回りの電気製品を動かし、問題発見を行うようにする。 発電された電気が光や音、熱、運動などに変換される仕組みを体験すると同時に、発電した電気を安定して利用できるようにするには工夫がいることや、手回し発電機を回した時の手応えから電気の量と働きの関係に気付かせ、二次へとつなげる。 三次では、将来の電気の利用について調べ、制御された電気製品のよさや、自分たちのこれからの暮らしについて考えることで、深い学びとなるようにする。 二次 二次では、電気の量と働きや電気の変換について多面的に調べる。 実験を考える際には、条件制御を意識させ、量的・関係的な視点で考えられるようにする。 実験後は、結果をグラフなどに表し、一次での気付きを数値で表現させる。 結果が予想と異なった場合には、手回し発電機の回数や速さ、回路などを見直して、予想や仮説、実験方法を振り返るようにする。 三次 三次では、学びを生活とつなぐ場として、電気を有効に利用するための仕組みや工夫について調べ、生活に合わせた効率的な電気の利用について捉えられるようにする。 また、発電の仕組みについて調べることで、自然エネルギーの有効活用に向けて様々な工夫がなされていることを知り、生活の中で電気を有効に使う意識を持てるようにする。 生活の中における電気への関わり方について考える機会を設けることで、電気の重要性やその利便性について意識させる。 今まで、「電気」と一括りだったものが、電気が機器を通して、「光、音、運動、熱」などに変換されていることで、便利な物として使用できるようになっていることに気付かせる。 主体的な問題解決に向けて、自分でつくった電気で電気製品を動かす• 手回し発電機と光電池の使い方を簡単に説明してから行う。 使用する電気製品は、可能ならば、豆電球やLED を使用している懐中電灯、ラジオ、鉄道模型玩具、ミニ扇風機などの製品がよいが、豆電球や発光ダイオード、モーター、電熱線などでもよい。 自分たちで電気がつくれること、またその電気を使って実際に物が光る、音を出す、動く、熱を出すことを体験することで、問題解決に主体的に取り組めるようにする。 問題発見の視点• 問題を発見する視点を、手回し発電機や光電池の仕組み、変換に関すること、蓄電に関することの3つでまとめる。 ここでは、「電気の量と働き」という視点で考えられるように、対話を行いながら制御する条件について考える。 多面的に調べ、結果を共有することで妥当な考えをつくりだす• 学習指導要領には豆電球とLEDを用いて点灯時間を比較することが示されているので、この2つに加えて、子供から調べたいと希望があった物を使うようにする。 どの機器でも電気の量が多いほど働く時間が長くなるという共通点と、機器によって電気の使用量が異なること、さらに、豆電球は電気を光と熱に変換して使っていることを捉えられるようにする。 電気の有効利用を考える• 電気の有効利用という視点で、LED やその他の省エネの取り組みについて調べ、電気の有効な利用へと考えをつなぐ。 調査官からのワンポイント・アドバイス 国立教育政策研究所教育課程調査官 鳴川 哲也 自分の生活との関連を図りながら学習する 今回の小学校理科の学習指導要領の改訂では、理科を学ぶことの意義や有用性を実感することや、理科への関心を高める観点から、日常生活や社会との関連が重視されました。 本単元「電気の利用」は、まさに、自分の生活との関連を図りながら学習することで、資質・能力の育成を目指すことができます。 子供たちにとって「電気」は身近です。 しかし、電気を熱や光などに変換して使っているという意識はないと思います。 乾電池を入れて使用しているときには当たり前に作動するおもちゃであっても、正常に作動しない場合も出てきます。 そこから問題が生まれてくるのです。 改めて電気について考えを深めるよいきっかけとなるでしょう。 本展開例では、第三次においてさらに視野を広げ、自然エネルギーの有効利用について考える機会が設定されています。 停電が起これば、たちまち日常生活に支障がでてしまいます。 この単元を通して、電気を多面的に捉えることができるようになればよいですね。

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