電気の安全
体に約10〜20 mAが流れると、手が導線を握ったまま離せなくなることがあります。全身が水でぬれた人の抵抗は、わずか10 kΩの場合があります。
二つの危険：発熱と感電
電気による危険には二つあります。熱による危険は、例えば壁の中など、本来熱くなってはいけない場所で大きな電力が熱に変わり、火災を起こすものです。感電の危険は、人の体を電流が通ることです。どちらも、このコースの式P = V² ÷ RとI = V ÷ Rから直接説明できるので、危険がどこにあるかを考える知識は、すでに身についています。
短絡
短絡とは、電源の両極の間に抵抗が非常に小さい道ができることです。例えば、電気コードの絶縁が傷み、内部の二本の線が触れると起こります。短絡部分の抵抗rはごく小さいため、電力P = V² ÷ rは非常に大きくなります。OpenStaxの例では、0.100 Ωの短絡に120 Vがかかると、120² ÷ 0.100 = 144,000 W、つまり144 kWで、家庭のどの器具よりも大きな電力になります。急激に発熱するため、絶縁材が溶けたり燃えたりします。実験室は理想的な電池を使うので、短絡すると電流が際限なく増え、赤色の警告が出ます。実物の電池は内部抵抗によって電流が制限されますが、それでも急速に熱くなります。
過負荷、ヒューズ、配線用遮断器
もっと気づきにくい危険が過負荷です。大きすぎる電流が長く流れ続ける状態をいいます。導線自体の発熱はP = I² R_wです。一部の細い線が切れた傷んだコードでは、抵抗が0.100 Ωから2.00 Ωになることがあります。そこに10.0 Aが流れると、コード内部で200 Wが熱に変わります。並列回路の単元で学んだとおり、器具をつけるたびに供給側の導線に電流が加わります。電力の大きい器具を一つの電源タップにたくさんつなぐと、個々の器具は正常でも過負荷になります。
ヒューズと配線用遮断器は、どちらの問題からも回路を守ります。回路に直列に入り、すべての電流が通ります。ヒューズには融点の低い金属片があり、電流が大きすぎると溶けて回路を切ります。一度切れると交換が必要です。配線用遮断器は、限度を超える電流が続くと開く自動スイッチで、復帰できます。オームの法則の単元で見た冷えたヘッドライトのように、始動時だけ大電流が流れる器具もあります。そのため、ヒューズや遮断器は短い突入電流を許し、持続する過負荷で作動するように作られています。
ドラッグで回転、スクロールまたはピンチで拡大・縮小。
ドラッグで回転、スクロールまたはピンチで拡大・縮小。
電流が体に及ぼす影響
感電の深刻さは主に電流の大きさで決まり、体内の経路、時間、電源の周波数も関係します。OpenStaxは、60 Hzの商用電源によって胴体に1秒間電流が流れたときの代表的な影響を、表にまとめています。女性の場合の値は、表の約60〜80パーセントです。影響が出始める電流は小さく、手が固く握られて離せなくなるのは約10〜20 mAからです。約100〜300 mAでは、心臓が細動という致命的な不規則な動きを起こすことがあります。
| 電流（mA） | 代表的な影響 |
|---|---|
| 1 | 感じ始める限界 |
| 5 | 害がないとされる最大電流 |
| 10〜20 | 筋肉が硬直して離せなくなり、感電中に呼吸が止まることがあります |
| 50 | 痛みが出始めます |
| 100〜300以上 | 心室細動の可能性があり、命にかかわることが多いです |
| 300 | 電流の集中の程度に応じて、やけどが生じ始めます |
| 6,000（6 A） | 感電中に心臓と呼吸が止まることがあります |
水が大きく影響する理由は、オームの法則でわかります。体の抵抗の大部分は乾いた皮膚にあります。OpenStaxによると、皮膚が乾いた人の抵抗は約200 kΩなので、120 Vで流れる電流は120 ÷ 200,000 = 0.6 mAで、感じられない大きさです。同じ人でも全身がぬれると10.0 kΩほどに下がり、同じ120 Vで12 mAが流れ、手を離せなくなる範囲に入ります。韓国、ヨーロッパなどで使われる220〜230 Vでは、同じ二つの抵抗で約1.1 mAと22 mAになります。ぬれた手、浴室、水の近くの電気器具が危険なのは、まさにこのためです。
接地線、二重絶縁、漏電遮断器
現代の配線には、何重もの保護があります。三線式では、3本目の接地線（アース線）が器具の金属ケースを大地につなぎ、電位をゼロボルト近くに保ちます。絶縁が傷んで電圧のかかった線がケースに触れると、電流はケースに触れた人ではなく接地線を通り、通常は遮断器が作動します。二重絶縁の器具は、接地の代わりに保護用の絶縁構造を使います。表示によって識別します。プラグのピンの本数だけでは判断できません。漏電遮断器は、一方の線を出ていく電流と、もう一方を戻る電流を比べます。差が設定値を超えると、人の体など、どこかに電流が漏れているはずなので、1秒もたたないうちに電源を切ります。設定値は国によって違います。北米の漏電遮断器は、表で害がないとされる最大電流の約5 mAで作動します。韓国やヨーロッパで人を保護するものは通常30 mA定格で、韓国の配線規則では浴室のコンセントに15 mAを求めています。
- 電気器具やコンセントを水から離し、先に手を乾かしてください。
- 電力の大きい器具を、一つの電源タップで同時にたくさん使わないでください。
- 絶縁が傷んだコードや、熱くなるプラグは使用をやめてください。
- ヒューズや遮断器が何度も切れるなら異常があります。大きいヒューズに替えるのではなく、原因を調べてください。
- 商用電源の配線や器具内部の修理は、資格のある電気の専門家に任せてください。
- 熱による危険は、望ましくない場所で電力が熱に変わることです。感電の危険は、人の体を電流が通ることです。
- 短絡ではrがごく小さいため、P = V² ÷ rが非常に大きくなります。
- ヒューズや遮断器は直列に入り、過電流が続くと回路を開きます。
- 影響は主に電流で決まります。約10〜20 mAで手が離せなくなり、100〜300 mAでは心臓が止まることがあります。
- ぬれた皮膚は抵抗が低いので、同じ電圧でもずっと大きな電流が流れます。
- 接地線、二重絶縁、漏電遮断器（北米は約5 mA、韓国やヨーロッパは通常30 mA）が保護を強めます。
- 0.100 Ωの短絡に120 Vがかかります。電力は何キロワットですか？
- 傷んだ2.00 Ωのコードに10.0 Aが流れています。コードの発熱は何ワットですか？
- 乾いた皮膚で抵抗200 kΩの人が120 Vに触れます。電流は何ミリアンペアですか？（小数第1位まで）
- 同じ人が全身ぬれ、抵抗が10.0 kΩのときに220 Vに触れます。電流は何ミリアンペアですか？
- 害がないとされる最大電流として挙げられているのはどれですか？
- 5 mA
- 50 mA
- 300 mA
- 1 A
- ヒューズはどのようにつなぎますか？
- 保護する回路と直列につなぎます
- 負荷と並列につなぎます
- 接地線だけにつなぎます
- 実験室で、6 Vに12 Ωの電球3個を並列につなぎ、一つのヒューズを共用します。ヒューズの電流は何アンペアですか？
- 遮断器が繰り返し作動します。適切な対応は？
- 過負荷や器具の故障など、原因を調べます
- もっと大きいヒューズや遮断器に替えます
- 遮断器をテープで「入」の位置に固定します
- 接地線（アース線）の役割は何ですか？
- 金属ケースを0 V付近に保ち、事故時の電流を逃がします
- 追加の電圧を供給します
- 器具の消費電力を減らします
- 漏電遮断器が電源を切るのは、どのようなときですか？
- 出ていく電流と戻る電流の差が設定値を超えたとき
- 電圧が230 Vを超えたとき
- 器具のスイッチを切ったとき
- 普段使う電池の電圧でも、短絡が危険なのはなぜですか？
- 抵抗がごく小さく、電流と発熱が非常に大きくなるからです
- 電圧が数千ボルトに跳ね上がるからです
- 電荷を使い切るからです
このコースの出典 (14)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
- 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
- 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
- 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
- 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
- 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
- 21.1 Resistors in series and parallel
- 21.2 Electromotive force and internal resistance
- 21.3 Kirchhoff's rules
- 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
- NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
- Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
- Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
- IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).
確認日: 2026-10-17