V=IRは本当に正しいのか？

クロスバイクを買いたい気分が高まり、
用品などいろいろ見ていたのですが
クロスバイクには後方からの視認用に反射板でなく
ライトをつけるのが主流のようです。
でも通販を見ていると、ライトはボタン電池やら単四電池やら
変な電池を使うものばかり。

ボタン電池を単三に置き換えることはできるのか、
それともいっそ単三電源で付くLEDライトを自作してはどうかと考えて、
すこし調べてみることにしました。

というところでLEDを電池で使う回路図を調べてみたら、
さっそく不明な点にぶちあたります。

LEDは2.4Vくらいの電圧で使い、20mAの電流を流して光らせる
とありますが、20mAの流し方がわかりません。
前にUSB電源装置を作ったときに電圧を降下させる回路は作ったので
部品を入れれば電圧は下げられるのはわかるのですが、
電流を20mAちょうどで出す方法が謎です。

たとえば充電池だと、1.5V、2000mAなどと書いてあります。
充電池を2.4Vに減圧してLEDにつないだら、
2000mAというLED限界の100倍の電流が流れ、
LEDは一瞬で壊れるのではないでしょうか。


●電池の話

改めて考えると、電池はどういう動作をするのか
よくわからなくなったので、調べてみました。

すると、電池の動作はわたしが考えていたのとは
まったく違うということがわかりました。

わたしの考えだと、単三充電池は
『1.5Vの電圧で、2000mAの電流を流す部品』だったのですが、
説明を読んだら、
『1.5Vの電圧で、電気を流す部品』というだけでした。

2000mAだと思っていたものはmAでなくて、
mAh（一時間の合計で2000mAくらいは出せそう！）
と表示されていたようです。

つまり単三充電池とは、『1.5Vの電圧で電流流します。
電気を水で言えば貯蓄量2000mlみたいな感じ～』
としか言っていなかったのです。

じゃあ、実際に回路につないだ場合、何mAの電流が
流れるのか、というのは謎のままです。

結局、電池は電流がよくわからない装置です。


●抵抗の話

電池を考えるのはあきらめ、回路図に戻ります。
電流と電圧と抵抗がどういう計算だったか忘れたので
ネットで調べてみると、
電圧＝電流ｘ抵抗
という式が見つかります。
V=IR
となる、オームの法則の式だそうです。

LEDの動作電圧は2Vと考えると、乾電池1本の1.5Vでは動きません。
乾電池2本を直列につなぎ、3Vにしてから-1Vして
動作電圧に持っていかなくてはいけないのは
わたしにもわかります。

LEDを点灯させる簡単な回路を見ると、

（乾電池＋）→→（抵抗器）→→（LED）→→（乾電池－）

で、LEDの前の段階で、電気を2V、20mAにしていないといけません。

（乾電池＋）→→（抵抗器）→＜2V、20mA＞→（LED）→→（乾電池－）

抵抗器に入る前の電圧は3Vなので、これもいれると、こう。

（乾電池＋）→＜3V＞→（抵抗器）→＜2V、20mA＞→（LED）→→（乾電池－）


この抵抗器の値はどうなのかと計算すると、

Res＝（3-2）Vol÷（0.02）A
Res＝1÷0.02
Res＝50Ω

50Ωです。

なるほど、乾電池2本を直列でつなぎ、
50Ωの抵抗を入れてLEDにつなげば、LEDは点灯するようです。

……それはよしとして。
抵抗器が3Vを2Vにして、1V落としたのはわかりました。
でも、抵抗後の20mAをどうやって作ったのかがわかりません。
もともと電池は何mAの電流を出していて、
それを抵抗器が何をして20mAにしたのかが、
式ではまったくわからないのです。

抵抗器をはさむ前の電流は、いくつだったのでしょうか？

（乾電池＋）→＜3V、？mA＞→（抵抗器）→＜2V、20mA＞→（LED）→→（乾電池－）

3Vのとき、何mAの電流が流れていたのでしょうか。


●V=IRは本当に正しいのかの話

そこで、回路をもっと単純にしたものが浮かんできます。

（乾電池＋）→＜3V、？mA＞→→（乾電池－）

オームの法則の図では必ず抵抗をはさんだものしか見つかりませんが、
それでは最初に電池から出る電流がまったくわからないので、
乾電池のプラスとマイナスを、抵抗がない導線で直結してみます。

Res＝Vol÷Amp

で、今、抵抗＝0　です。電圧は電池2本で3V。
出電圧3Vで、戻電圧3Vなので、電圧差は0Vですから、
計算式の電圧は0になります。

すると、

0＝0÷Amp
Amp×0＝0
Amp＝0÷0
Amp＝0

になり、電流は流れないことになってしまいます。
……が、これは嘘です。

電流が流れないなら、電池のプラスとマイナスを直結させても
爆発も液漏れもしないということになり、
直結しても何の問題もないということになり、
事実に対して矛盾しています。

ということは、現実と式とどっちが間違っているかと言えば、
現実は現実で間違っているはずがないのだから、
式が間違っているはず、という結論になります。
V=IR　って、本当に正しい式なのでしょうか？


●電流の話

結局のところ、電流とは何かがまったくわかりません。

3V、？mAの電気が、抵抗を通すと2V、20mAになったとします。
この場合は、抵抗値も元の電流もわかるっぽいです。

では、抵抗と後ろの数値を隠して、
乾電池2本つないで、回路には3V、？mAの電流が流れていて、
抵抗の値は考えないこととする、とすると、
元の電流は消滅してわからなくなってしまうようです。

電気を水として、回路を川と考えると、
川は、抵抗が入る前の水量も、水圧もわかります。
原因としてこれだけの水量と水圧があるから、
結果としてどれくらいの力を出しどれくらいの物を動かせるのか
というのがわかります。

でも電気は、
結果としてこれだけの力が必要だから、
原因としてこれだけの水量をひっぱってくるしかない
としているような気がします。

電気は、原因と結果が逆転しているのではないでしょうか？

どうも今までの話をまとめて考えると、
電池は一定量の電流を流しているのではなく、
『最終的に必要になる電流』を理解して、
『そこに必要になる電流』を調節して流しているような気がしてなりません。

理科の説明だと、電気とは、
段差から流れてくる水のようなものだというような
話だった気がするのですが、
これだと流れる水の早さも量も常に一定になってしまいます。

でもどうも、この説明はおかしい気がしてなりません。
電気が一定なら
水の先に大きな水車が付いていても小さな水車が付いていても
上流から流れてくる水の量は常に一定のはずですが、
V=IRの式を考えると、
水の先に大きな水車が付いていたら、水はなぜか上流から大量に流れて来て、
水の先に小さな水車が付いていたら、
水はなぜか上流から少量しか流れて来なくなるはずです。

なぜそうなるのか、誰がそうしているのかがわからなくて
ものすごく気持ち悪いです。
電流と電圧は比になっているのでしょうか？
なぜ電池のプラスとマイナスを直結させると電気が流れるのでしょうか？

大人になった今だからこそ、ちゃんと学んでみたかったです。
電気に詳しい人と話してみたいものだと思います。


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おまけ

◆◆画像16-06-28◆◆


抵抗器をはさんだら2V、20mAになる回路が
抵抗器の前は3V、？mAだったとします。
この『？』の値がわかるかたはぜひ教えてください。

オームの法則で計算できるのでしょうか？
個人的な推測だと
単純に、2V：20mA＝3V：30mAと等比になりそうな気がしますが、
抵抗器を通る前の電流の計算方法がわかりません。