解法

電流と電荷の流れ（シミュレーション）

電流の定義式

$$ I = \frac{Q}{t} \quad \Leftrightarrow \quad Q = It $$

• \(I\)〔A〕：電流（アンペア）— 1秒間に断面を通過する電気量
• \(Q\)〔C〕：電気量（クーロン）
• \(t\)〔s〕：時間（秒）

\(1\,\text{A} = 1\,\text{C/s}\)、つまり1秒間に 1 C の電気量が通過する電流が 1 A です。

具体的な計算

例1：2.0 A の電流が 30 秒間流れたときの電気量

$$ Q = It = 2.0 \times 30 = 60\,\text{C} $$

例2：90 C の電気量が 15 秒で通過したときの電流

$$ I = \frac{Q}{t} = \frac{90}{15} = 6.0\,\text{A} $$

例3：通過した電子の数を求める。60 C が通過したとき：

$$ n = \frac{Q}{e} = \frac{60}{1.6 \times 10^{-19}} = 3.75 \times 10^{20}\,\text{個} $$

補足：電流の向きと電子の向き

歴史的に、電流の向きは正電荷が流れる向きと定められました。しかし金属導線で実際に移動しているのは負の電荷をもつ自由電子です。

したがって、電子の移動方向と電流の向きは逆になります。試験では常に「電流の向き ＝ 正電荷の移動方向」として計算します。

$$ \text{電流の向き} \longleftrightarrow \text{電子の移動と逆向き} $$

別解：電子何個分で考える方法

電子1個の電気量は \(e = 1.6 \times 10^{-19}\,\text{C}\) なので、1 A の電流が1秒間で運ぶ電子の数は：

$$ n = \frac{Q}{e} = \frac{1.0}{1.6 \times 10^{-19}} \fallingdotseq 6.25 \times 10^{18}\,\text{個} $$

毎秒約 600京個 もの電子が断面を通過しています。数が膨大なので、個数ではなく電気量（C）で扱う方が便利です。