【第二種電気工事士】交流とは何か｜実効値と周波数を知識ゼロから【第3回】
ここまでの回で扱ってきた計算は、実は直流（ちょくりゅう）を前提にしていました。乾電池につないだ豆電球のような、シンプルな世界です。
ところが、私たちが実際に使っている家庭の電気は交流（こうりゅう）です。コンセントに来ているのも、電柱を通っているのも、すべて交流です。
交流には、直流には無い決まりごとがいくつかあります。ここを飛ばすと、次の回の力率（電気がどれだけ有効に仕事に使われるかの割合）や、過去問の問1〜10でつまずきやすくなるでしょう。この回では、交流とは何かだけを、ゆっくり押さえます。計算は最小限です。
直流と交流の違いは「向きが変わるかどうか」だけ
言葉は難しそうですが、違いは1つだけです。電気の流れる向きが、ずっと同じか、行ったり来たりするか——それだけです。
用語直流とは？
直流とは、電気の流れる向きと大きさが、いつも同じもののことです。乾電池、スマホのバッテリー、USBの電気がこれにあたります。プラスからマイナスへ、一定の勢いで流れ続けます。
なぜ？なぜ「直（まっすぐ）な流れ」と呼ぶのか？
時間で変化しないからです。グラフに描くと、横にまっすぐな1本の線になります。この「変わらない」という性質のおかげで、第1回で学んだオームの法則がそのまま使えます。
用語交流とは？
交流とは、電気の流れる向きと大きさが、波のように変わり続けるもののことです。プラスとマイナスが、1秒間に何十回も入れ替わっています。家庭用コンセントに来ているのはこちらです。
なぜ？なぜ向きが入れ替わっても、電気製品は動くのか？
多くの電気製品は「向き」ではなく「流れる量」で仕事をするからです。電気ストーブや電球は、電気が右に流れても左に流れても同じように熱くなります。向きが問題になる機器（テレビやパソコンなど）は、内部で交流を直流に変えてから使っています。
図のとおり、直流はまっすぐな線、交流は波の形です。波が上にあるときと下にあるときで、電気の流れる向きが逆になっています。
なぜ、わざわざ交流を使うのか
「向きが変わらない直流のほうが単純なのに、なぜ交流なのか」——これは初学者が引っかかりやすいところです。理由は電圧を変えやすいからです。
用語変圧器（トランス）とは？
変圧器とは、電圧を上げたり下げたりする装置のことです。鉄の芯にコイル（電線をぐるぐる巻いたもの）を2つ巻いただけの、部品としては単純なものです。電柱の上に乗っている灰色の円筒も変圧器です。
なぜ？なぜ変圧器は交流でしか働かないのか？
変圧器は「磁気の変化」で電気を移しているからです。交流は流れが変わり続けるので磁気も変化し続け、隣のコイルに電気が生まれます。直流だと磁気が一定のままなので、変化が起きず、電気が移りません。
発電所から家までは何十キロもの距離。電圧が低いまま送ると、電線での損失（熱として逃げてしまう電気）が大きくなりすぎます。そこで発電所を出るときに電圧をぐっと上げ、家の近くの電柱で100Vや200Vまで下げています。
この「上げて下げる」が変圧器で簡単にできるのが交流だから、送電も配電も交流でできているのです。
覚える覚え方
交流を使う理由は、ひとことで言えば「電圧を変えたいから」。遠くへ送るときは高い電圧、家で使うときは低い電圧。この切り替えが簡単にできるのが交流の最大の利点です。
周波数は「1秒間に何回くり返すか」
用語周波数とは？
周波数とは、交流の波が1秒間に何回くり返すかを表す数字です。単位はヘルツ（Hz）。50Hzなら、1秒間に50回、プラスとマイナスの入れ替わりをくり返しています。
なぜ？なぜ日本では50Hzと60Hzが混ざっているのか？
明治時代に、東京がドイツ製、大阪がアメリカ製の発電機を導入したからです。ドイツ製が50Hz、アメリカ製が60Hzでした。その後どちらかにそろえる機会がないまま今日まで続いていて、おおむね東日本が50Hz、西日本が60Hzに分かれています。
例周波数で変わるもの・変わらないもの
変わるもの … モーターの回転速度。周波数に比例するので、60Hzの地域のほうが速く回ります。
変わるもの … 変圧器やモーターの中の磁気の働き。同じ機器でも、周波数が違うと能力が変わります。
変わらないもの … 電球やヒーターの発熱。向きの入れ替わる回数が違っても、熱の出かたはほぼ同じです。
試験では「周波数が変わるとモーターの回転速度はどうなるか」という形で問われます。答えは「比例して変わる」。50Hzで動いていたモーターを60Hzの地域に持っていくと、1.2倍の速さで回ります。
実効値＝「同じ働きをする直流に置きかえた値」
ここが交流でいちばん大事な考え方です。
交流は大きさが変わり続けます。ある瞬間は0V、次の瞬間は141V、そのまた次は0Vに戻り、今度はマイナス141V……。では「この交流の電圧は何ボルトですか」と聞かれたら、どう答えればいいのでしょうか。
そこで考え出されたのが実効値です。
用語実効値とは？
実効値とは、交流を同じ働きをする直流に置きかえたときの値のことです。例えば「実効値100Vの交流」は、100Vの直流をつないだときと同じだけ電球を明るくします。
なぜ？なぜ最大値ではなく実効値を使うのか？
最大値は一瞬しか出ていないからです。波の頂点だけを見て「141Vです」と言っても、ほとんどの時間はもっと小さい値なので、実際の働きとかけ離れます。実際にどれだけ仕事をするかで表したほうが役に立ちます。
用語実効値と最大値の関係
実効値 ＝ 最大値 ÷ √2（√2は約1.41なので、およそ0.707倍）
最大値 ＝ 実効値 × √2
コンセントの100Vは実効値。最大値は 100 × 1.41 ＝ 約141V。
200Vのエアコン用コンセントなら、最大値は約283V。
なぜ？なぜ「÷√2」なのか？
電気の働き（電力）は、電圧の2乗に比例します。そのため「平均の働き」を出すには、波の高さをいったん2乗してから平均し、最後にルートに戻すという計算が必要です。正弦波（きれいな波）でこれを行うと、ちょうど最大値の1÷√2倍になります。
ぴったり半分ではないのはなぜか？
2乗してから平均するからです。単純に平均すると小さくなりすぎますが、2乗して平均すると大きい部分の影響が強く出るので、半分（0.5倍）より大きい0.707倍という値になります。
覚える覚え方
「コンセントの100Vは、実は141Vまで振れている」——この1つの事実を覚えておけば、実効値と最大値を混同しにくくなります。普段口にするほう（100）が実効値、大きいほう（141）が最大値です。
注意試験でのお約束
問題文に「電圧100V」「電流10A」と書かれていたら、ことわりがない限り、すべて実効値です。
「最大値」「波高値」（最大値と同じ意味）と書かれているときだけ、√2で割ったり掛けたりします。
√2＝1.41、√3＝1.73。この2つの数字は覚えておくと計算が速くなります。
交流でも、オームの法則はそのまま使える
ここまで読んで「交流は難しそうだ」と感じたかもしれませんが、安心してください。
抵抗だけでできた回路なら、交流でも直流とまったく同じ計算で解けます。実効値どうしで計算すれば、オームの法則も、電力の式もそのまま成り立ちます。
抵抗だけの交流回路の計算例
1問題 100Vの交流に、20Ωの電熱器をつないだ。流れる電流と消費電力は。
2電流を求める I ＝ V ÷ R ＝ 100 ÷ 20 ＝ 5A
3電力を求める P ＝ V × I ＝ 100 × 5 ＝ 500W
4直流のときと、まったく同じ計算で終わりました。
では、何が変わるのか。コイルやコンデンサ（電気を一時的にためる部品）が回路に入ったときだけです。このとき、電流と電圧のタイミングがずれて、「電圧×電流」がそのまま電力にならなくなります。
そのずれを表す数字が力率で、次の回のテーマです。
過去問では、こう出る
交流そのものを正面から聞かれることは、実はあまりありません。出るのは「実効値で計算させる」「周波数の影響を聞く」という形です。
例出題のされ方
①そのまま計算に使う … 「100Vの電源に…」と書かれていれば実効値。そのままオームの法則で解きます（問1〜10でいちばん多い形）。
②最大値との換算 … 「最大値141Vの正弦波交流の実効値は」→ 141÷1.41＝100V。
③周波数とモーター … 「50Hz用のモーターを60Hzで使うと回転速度は」→ 速くなる（1.2倍）。
④波形の名前 … 正弦波・方形波（四角い形の波）などの図から選ぶ問題が出ることもあります。
注意つまずきやすいところ
最大値と実効値を逆にする … 大きいほうが最大値。100Vの実効値に対して最大値は141Vで、その逆ではありません。
√2と√3を取り違える … √2（1.41）は交流の最大値と実効値、√3（1.73）は三相（三つの交流を組み合わせた送り方。次の回で扱います）。出てくる場面がまったく別です。
周波数が高いほど電圧が高いと思ってしまう … 周波数と電圧はまったく別のものです。50Hzでも60Hzでも、コンセントは100Vです。
実際の出題は、過去問の解説記事で1問ずつ扱っています。この回を読んだあとに問1〜10を解くと、「あ、これが実効値のことか」とつながることでしょう。
まとめ
まとめこの回の要点
直流は向きが一定、交流は向きと大きさが波のように変わる。
交流を使う理由は変圧器で電圧を変えやすいから。
周波数は1秒間の波の数。東日本50Hz・西日本60Hz。モーターの回転速度は周波数に比例する。
実効値＝最大値÷√2。コンセントの100Vは実効値で、最大値は約141V。
問題文の電圧・電流は、ことわりがなければ実効値。
抵抗だけなら、交流でも計算は直流と同じ。
次の回では、コイルが入ったときに何が起きるのか——力率の話に進みます。ここまでの「実効値」の考え方が土台になります。
