電気ってどの様に出来てるの？：ミクロの火花から巨大な発電所まで

電気ってどの様に出来てるの？：ミクロの火花から巨大な発電所まで

「電気」という言葉を聞いて、あなたは何を思い浮かべますか？ スマホの充電、夜道を照らす街灯、あるいは冬の乾燥した日にバチッとくるあの嫌な刺激。私たちの暮らしは、もはや電気なしでは成り立ちません。しかし、「電気とは一体何なのか？」と聞かれると、意外と答えに窮するものです。

本コラムでは、目に見えない電気の正体を、静電気のような身近な現象から、私たちの生活を支える大規模な発電の仕組みまで、専門用語を噛み砕いて徹底解説します。

1. 全ての始まりは「アトム（原子）」の中に

電気がどうやってできるかを知るには、まず物質のミクロな世界を覗く必要があります。

この世のあらゆるもの（机、水、そしてあなたの体も）は、**「原子」という極小の粒でできています。原子の構造を簡単に言うと、中心にプラスの電気を持つ「原子核」があり、その周りをマイナスの電気を持つ「電子」**が飛び回っています。

通常、プラスとマイナスの量はバランスが取れており、全体としては電気を帯びていない安定した状態です。しかし、何らかのきっかけでこの「電子」が外に飛び出したり、移動したりすると、そこに「電気の力」が生まれます。

つまり、電気の正体とは「電子の移動」そのものなのです。

2. 身近な電気の第一歩：静電気の仕組み

もっとも手軽に体験できる電気が「静電気」です。

下敷きで髪の毛をこすったり、ドアノブに触れてバチッとなったりするのは、摩擦によって一方の物質からもう一方の物質へ電子が無理やり移動してしまうから起こります。

• たまる電気： 電子が移動した先にはマイナスがたまり、元いた場所はプラスが残ります。この「電気がその場に止まっている状態」を**静電（じっとした電気）**と呼びます。

• 逃げる電気： たまった電気は不安定なので、どこかへ逃げたがっています。指をドアノブに近づけた瞬間、たまっていた電子が一気に空気を突き破って移動します。これが、あの「バチッ」という放電の正体です。

小さな現象ですが、これこそが電気エネルギーの基本原理です。

3. 「動く電気」を作る：電池の魔法

静電気は一瞬で終わってしまいますが、家電を動かすには電気を「流し続ける」必要があります。これを行うのが「電池」です。

電池の中には2種類の異なる金属と、それらを反応させる液体（電解液）が入っています。

1. 化学反応： 金属が液体に溶け出そうとする時、電子を放出します。

2. 電子の通り道： 片方の金属からもう片方の金属へ、電子が電線を通って移動します。

この「電子の継続的な流れ」を電流と呼びます。電池は、化学反応というエネルギーを使って、電子を無理やり押し出すポンプのような役割を果たしているのです。

4. 巨大なエネルギーを生む：電磁誘導の発見

私たちが家で使う強力な電気は、電池で作るには効率が悪すぎます。そこで登場するのが**「発電機」**です。

19世紀、マイケル・ファラデーという科学者が驚くべき発見をしました。それは、「磁石の近くでコイル（線を巻いたもの）を動かすと、電気が流れる」という現象です。これを電磁誘導と言います。

• 磁石の力： 磁石の周りには磁界という力が働いています。

• 変化を起こす： その磁界の中で線を動かす（あるいは磁石を回す）と、線の中の電子が磁力に押し出されて動き始めます。

現代のほぼすべての発電所（太陽光を除く）は、この「磁石を回して電気を作る」という仕組みを巨大なスケールで行っています。

5. 日本を支える発電所のバリエーション

「磁石を回せば電気ができる」ことは分かりましたが、問題はその**「巨大な磁石をどうやって回すか」**です。その手段によって、発電所の名前が変わります。

① 火力発電（蒸気の力）

石炭や天然ガスを燃やしてお湯を沸かし、その猛烈な勢いの「蒸気」で巨大な風車（タービン）を回します。タービンの先には磁石がつながっており、これが高速回転することで電気が生まれます。

② 水力発電（水の力）

高い場所にあるダムの水を一気に落とし、その「水の重みと勢い」で水車を回します。もっとも古くからある、クリーンで安定した方法です。

③ 原子力発電（核分裂の熱）

ウランなどの原子核が分裂する時に出る膨大な熱を利用します。仕組み自体は火力発電と同じで、「熱で蒸気を作ってタービンを回す」というものです。

④ 再生可能エネルギー（風・太陽）

• 風力： 風の力で直接プロペラを回します。

• 太陽光： これだけは特殊です。磁石を回すのではなく、「光電効果」という現象を使い、半導体に光が当たることで直接電子を叩き出します。

6. コンセントに届くまで：高圧電気のヒミツ

発電所で作られた電気は、そのままの姿では家庭に届きません。ここには「送電」の工夫があります。

発電所で作られた電気は、まず数十万ボルトという超高電圧に変換されます。なぜそんな危ないことをするのでしょうか？

それは、電気を遠くまで運ぶ際、電線の抵抗によって熱として逃げてしまう（送電ロス）のを防ぐためです。

• 高電圧・低電流： 電圧を上げると、同じエネルギーを少ない電流で送れるため、ロスが少なくなります。

街中にある「変電所」や、電柱の上のバケツのような形をした「変圧器」が、この高圧の電気を段階的に下げていき、最終的に私たちの家でお馴染みの100ボルトにして届けてくれているのです。

7. まとめ：電気は「エネルギーの運び屋」

電気そのものは、実はどこかに「ある」ものではなく、私たちが他のエネルギー（燃焼、水、光）を使い勝手の良い形に変えた**「エネルギーの運び屋」**に過ぎません。

原子の中の小さな電子を動かすことから始まり、巨大なタービンを回して街中へ届ける。この壮大なリレーのおかげで、私たちはスイッチ一つで明かりを灯すことができます。

次にスマホを充電する時や、冬に静電気を感じた時、ぜひその裏側で駆け回っている「電子たちの旅」を想像してみてください。