『電位』と『電圧』の違い！

この記事では『電位』と『電圧』について

『電位』と『電圧』の違い
『電位』と『電圧』のイメージ

などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。

電位と電圧の違い

電位は、基準点(基本的には大地,アース)を0Vとした時の「基準点からの電気的な高さ」です。

一方、電圧は、「任意の2点間の電位差」です。電圧は電位差とも呼ばれています。

電位も電圧(電位差)も単位にはV(ボルト)を用います。

上図に示すような1.5Vの乾電池を直列接続している回路があるとします。基準点(大地,アース)をC点にとると、A点,B点,C点の電位は以下の値となります。

A点の電位\(V_A\)

基準点からみると、1.5Vの乾電池が2個つながっているので、
\begin{eqnarray}
V_A=3.0{\mathrm{V}}({\Leftarrow}{\;}1.5{\mathrm{V}}+1.5{\mathrm{V}})
\end{eqnarray}

B点の電位\(V_B\)

基準点からみると、1.5Vの乾電池が1個つながっているので、
\begin{eqnarray}
V_B=1.5{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

C点の電位\(V_C\)

基準点の電位なので、
\begin{eqnarray}
V_C=0{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

また、AB間、AC間、BC間の電圧(電位差)は以下の値となります。

AB間の電圧(電位差)\(V_{AB}\)

A点の電位(\(V_A=3.0{\mathrm{V}}\))とB点の電位(\(V_B=1.5{\mathrm{V}}\))の差なので、
\begin{eqnarray}
V_{AB}=V_A-V_B=3.0{\mathrm{V}}-1.5{\mathrm{V}}=1.5{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

AC間の電圧(電位差)\(V_{AC}\)

A点の電位(\(V_A=3.0{\mathrm{V}}\))とC点の電位(\(V_C=0{\mathrm{V}}\))の差なので、
\begin{eqnarray}
V_{AC}=V_A-V_C=3.0{\mathrm{V}}-0{\mathrm{V}}=3.0{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

BC間の電圧(電位差)\(V_{BC}\)

B点の電位(\(V_B=1.5{\mathrm{V}}\))とC点の電位(\(V_C=0{\mathrm{V}}\))の差なので、
\begin{eqnarray}
V_{BC}=V_B-V_C=1.5{\mathrm{V}}-0{\mathrm{V}}=1.5{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

電位と電圧のイメージ

上図に電位と電圧のイメージ図を描いています。

「電位(基準点からの電気的な高さ)」は「標高(海面からの高さ)」、「電圧(任意の2点間の電位差)」は「標高差(任意の2点間の標高差)のようなものです。

補足

電位は英語では「Electric Potential」と書きます。
電圧は英語では「Voltage」と書きます。

基準点(大地,アース)をB点にとった場合の電位と電圧

先ほどはC点を基準点(大地,アース)にした時の電位と電圧を求めました。

では次に、B点を基準点(大地,アース)にした時の電位と電圧を求めてみましょう。この場合、A点,B点,C点の電位は以下の値となります。

A点の電位\(V_A\)

基準点からみると、1.5Vの乾電池が1個つながっているので、
\begin{eqnarray}
V_A=1.5{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

B点の電位\(V_B\)

基準点の電位なので、
\begin{eqnarray}
V_B=0{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

C点の電位\(V_C\)

基準点からみると、1.5Vの乾電池が1個つながっているので、
\begin{eqnarray}
V_C=-1.5{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}
→乾電池のプラス側(B点)が基準点で0Vなので、乾電池のマイナス側(C点)はマイナス(－)の値となります。

また、AB間、AC間、BC間の電圧(電位差)は以下の値となります。

AB間の電圧(電位差)\(V_{AB}\)

A点の電位(\(V_A=1.5{\mathrm{V}}\))とB点の電位(\(V_B=0{\mathrm{V}}\))の差なので、
\begin{eqnarray}
V_{AB}=V_A-V_B=1.5{\mathrm{V}}-0{\mathrm{V}}=1.5{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

AC間の電圧(電位差)\(V_{AC}\)

A点の電位(\(V_A=1.5{\mathrm{V}}\))とC点の電位(\(V_C=-1.5{\mathrm{V}}\))の差なので、
\begin{eqnarray}
V_{AC}=V_A-V_C=1.5{\mathrm{V}}-(-1.5{\mathrm{V}})=3.0{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

BC間の電圧(電位差)\(V_{BC}\)

B点の電位(\(V_B=0{\mathrm{V}}\))とC点の電位(\(V_C=-1.5{\mathrm{V}}\))の差なので、
\begin{eqnarray}
V_{BC}=V_B-V_C=0{\mathrm{V}}-(-1.5{\mathrm{V}})=1.5{\mathrm{V}}
\end{eqnarray}

このように、基準点の取り方によって、電位は変わりますが、電圧は変わりません。