電圧とは 基礎と定義｜単位ボルト・直流・交流・電流との関係を解説
電圧の基本的な定義
電圧とは、ある点から別の点へ単位電荷を移動させるために必要な電気的なポテンシャルエネルギーの差、すなわち2点間の電位差のことです。直感的には、電荷を「押す」働き、または電荷が持つ位置エネルギーの差と考えられます。ただし注意点として、電圧は力（力学的なニュートン）ではなく、エネルギー（ジュール）を電荷（クーロン）で割った量です。電圧があると、それに応じた道が開かれている場合に電荷が移動し、その移動が電流となります。
単位と表記
電圧の国際単位はボルト（記号は大文字のV）で、名前はアレッサンドロ・ボルタに由来します。定義としては、1ボルトは1クーロンあたり1ジュール（1 V = 1 J/C）です。日常的には「電圧が9ボルト」などと表現します。ボルトはあくまで測定のための単位であり、電圧そのもの（電位差）と混同しないようにしましょう。
数式では電圧を大文字のVや小文字のvで表すことがあります。基本的な関係式の一つにオームの法則があります：
一般的に電気回路では、
または v = ir {displaystyle {\text{v}}={\text{ir}}}}
などと表されます。電気技師は電圧の記号に 
を使うこともあります（例：
）。
電圧は常に2点間で測る
電圧は本質的に相対量であり、必ず2点間の差を表します。たとえば、バッテリーの+端子と−端子の間、回路のある点と大地（アース）との間、あるいは回路内の任意の2点の間で測定されます。家庭用電源では国や地域によって標準電圧が異なり、米国では一般に約120V（電線から接地まで）、多くの欧州諸国や日本の一部では230V前後が使われます。
直流（DC）と交流（AC）
電圧には主に2種類があります：
- 直流電圧（DC）：極性が一定で時間的にほぼ変化しません。代表例は乾電池や直流電源。
- 交流電圧（AC）：極性と大きさが時間とともに周期的に変化します。家庭用のコンセント電源は交流で、周波数は米国が60Hz（1秒間に60周期）、多くの欧州や日本では50Hzです。
交流の場合は実効値（RMS値）で電圧を表すことが多く、商用電源の「230V」はその実効値です。実効値とピーク値の関係は波形によります（正弦波ならVrms = Vpeak/√2）。
電圧と電流、電力の関係
電圧は電流を生み出す原因となりますが、実際に電流が流れるためには回路が閉じていて電荷が流れる経路が必要です。高い電圧が存在していても、回路が開いていれば電流はほとんど流れません。逆に小さな電圧でも回路の抵抗が低ければ電流は大きく流れます。
基本関係式：
- オームの法則：V = I × R（電圧 = 電流 × 抵抗）
- 電力：P = V × I（消費または供給される電力は電圧と電流の積）
電圧の発生源と内部抵抗
電圧を作る代表的な装置には、電池（化学的起電力＝起電力（EMF））、発電機、電源装置などがあります。実際の電源には内部抵抗があり、負荷が接続されると端子電圧は開回路時の起電力より低くなります（内部抵抗に電流が流れるため）。そのため、仕様では「開回路電圧（no-load voltage）」と「負荷時の動作電圧」を区別することが重要です。
測定方法と注意点
- 電圧は通常、ボルト計（ヴォルトメータ）を使って測定します。ボルト計は測定対象に並列に接続し、高い入力インピーダンスを持つことが望まれます（回路に影響を与えないため）。
- 安全性：電圧そのものが危険なのではなく、電流が人体を通ると危険です。高電圧でも回路が閉じておらず十分な電流が流れない場合、危険は少ないことがあります（例：高圧送電線に止まっている鳥）。しかし、感電の危険は状況により大きく変わるため、決して高電圧に近づいたり触れたりしてはいけません。
- 絶縁、接地、および適切な保護具（手袋、工具、隔離装置など）を使用することが重要です。
実例と応用
- 乾電池（単3など）の電圧は約1.5V。電池を直列に繋げば電圧は加算され、並列に繋げば容量（電流供給量）が増えます。
- 家庭用のコンセント（AC）は、照明や家電を動かすための電圧を供給します。多くの電子機器は内部でACをDCに整流して使用します。
- 電子回路設計では、必要な電圧レベル（例えば5V、3.3Vなど）を安定して供給することが重要で、電圧のリップル、ノイズ、レギュレーション（電圧変動）を考慮します。
まとめ（ポイント）
- 電圧 = 2点間の電位差。単位はボルト（V）。1 V = 1 J/C。
- 電圧は電流を流す"原因"になり得るが、電流が流れるには回路が閉じている必要がある。
- 直流（DC）と交流（AC）があり、ACは周波数と実効値の概念が重要。
- 測定時はボルト計を並列に接続し、安全対策を必ず行う。
高圧ケーブルの接続
定義
電圧とは、2つの場所間の電位の変化
、または2つの場所
間の1クーロンあたりの電位エネルギーの変化です。
V = Δ ( E P E / q ) = ( E P E / q ) 2 - ( E P E / q ) 1 {displaystyle V=Delta (EPE/q)=(EPE/q)_{2}-(EPE/q)_{1}}} {V=Δ ( E P E / q ) = (EPE/q ) 
ここで、V=電圧、EPE=電気ポテンシャルエネルギー、q=充電、∆=差。
接地電圧
電圧は常に2点間で測定され、そのうちの1点はしばしば「アース」またはゼロボルト（0V）点と呼ばれます。ほとんどのAC電気設備では、地球への接続があります。接続は、水道管、地中に埋設または駆動されたアースロッド、または地中に埋設された便利な金属導体（ガス管ではありません）を介して実際の地面に行われます。この接続は、電気系統の建物への進入地点や、道路に変圧器があるすべてのポール（電柱の上にあることが多い）などで行われます。電圧を測定するための基準点として地球全体が使用されます。建物の中では、このアースは2本の線で各電気機器に運ばれています。1本は「接地導体」（緑色または裸線）で、機器の金属部分を地球に接続するための安全アースとして使用されます。もう一つは、システムの回路内の電気導体の一つとして使用され、「中性導体」と呼ばれています。アース電位にあるこの電線は、電気機器からの電流を建物内のシステム入口に戻し、通常は通りにある変圧器に運ぶことで、すべての回路を完成させます。建物の外の多くの場所では、回路を完成させ、建物から発電機に電流を運ぶための電線は不要になります。すべての電流を戻す経路は地球そのものです。
DC回路では、発電機やバッテリーのマイナス側の端を「アース」またはゼロボルト（0V）ポイントと
呼ぶことが多いですが、アースに接続されている場合とされていない場合があります。例えば、高感度のアナログ回路では、回路の一部に「アナログ・グラウンド」を使用し、デジタル部分には「デジタル・グラウンド」を使用することができます。
電気機器では、0ボルトポイントは、シャーシグランドと呼ばれる金属シャーシや、アースグランドと呼ばれる実際のグランドに接続することができます。
測定ツール
電圧を測定するためのツールのいくつかは、電圧計とオシロスコープです。
電圧計は2点間の電圧を測定し、DCモードまたはACモードに設定することができます。電圧計は、例えばバッテリーのDC電圧（通常は1.5Vまたは9V）、または壁の電源ソケットからのAC電圧（通常は120V）を測定することができます。
より複雑な信号の場合は、オシロスコープを使用して直流電圧および／または交流電圧を測定し、例えばスピーカの電圧を測定することができる。
潜在的な違い
a点からb点までの電圧、すなわち電位差は、1クーロンの正電荷をa点からb点に移動させるのに必要なエネルギー量（電場の結果として）をジュール単位で表したものです。したがって、aからbへの電圧＋bからcへの電圧は、常にaからcへの電圧と等しくなります。
質問と回答
Q:電圧とは何ですか?
A: 電圧とは電位差のことで、2つの場所の間の電位の差のことです。電線などの導電体の中で電荷を押し出す力と考えることができます。
Q: 電圧を測定する単位は何ですか?
A: 電圧を測る単位は「ボルト」です。この単位を表す記号は、大文字のV（9V）で表記されます。
Q: 電圧はどのようにして電流を発生させるのですか?
A: 電圧は電荷を移動させることができ、移動した電荷は電流を発生させるので、電圧は電流を発生させることができます。
Q: アレッサンドロ・ボルタは誰で、なぜ彼の名前をとってボルトと名付けられたのですか?
A: アレッサンドロ・ボルタはイタリアの物理学者で、1800年に最初の電池を発明しました。ボルタは、彼の科学への貢献を称え、彼の名前にちなんで名づけられました。
Q: ボルトと電圧は違うものですか?
A: はい、ボルトは何かを測定するための単位であり、電圧はその単位を使用して測定するものを指します。
Q: 電圧の2つのタイプは何ですか?
A: 電圧には、DC（直流）とAC（交流）の2種類があります。直流は常に同じ極性を持ち、交流はプラスとマイナスの極性を交互に繰り返します。
Q:鳥が高圧線に着陸しても害はないのでしょうか?
A:はい、12kVや16kVなどの高圧線に鳥が降りても死ぬことはありません。なぜなら、電力（エネルギー）を伝達するためには、電圧と電流の両方が存在しなければならないからです。
