【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。
回転の速さを式で出す（同期速度）
モーターの回転の速さは、式で出すこともできます。
回転の速さ ＝ 120 × 周波数 ÷ 極数
この速さを同期速度といい、単位は「1分間に何回転」です。
極数とは、モーターの中にできる磁石の、N極とS極の数を合わせたものです。NとSは必ず組になるので、2・4・6…と偶数になります。
たとえば4極のモーターを60Hzで使うと、120 × 60 ＝ 7 200、これを4でわって1分間に1 800回転です。実際の回転はこれより少しだけ遅くなるため、試験では「いちばん近い値」を選ぶ形で聞かれます。
120はどこから来た？
いちばん簡単な、NとSが1つずつの2極のモーターで考えます。2極のモーターは、交流の波が1回来るごとに、ちょうど1回転します。60Hzなら1秒間に60回転。1分は60秒なので、60 × 60 ＝ 1分間に3 600回転です。
極が4つになると、NとSの組が2組になるので、回る速さは半分になります。3 600の半分で1 800回転です。
つまり、1分の60秒 × NとSの組の2 ＝ 120。これで「120 × 周波数 ÷ 極数」という式になります。試験では、この式を覚えておけば大丈夫です。
練習問題 120 × 周波数 ÷ 極数
同じ型の問題を3問。1問ずつ、自分で計算してから答えを開いてください。
練習 1/34極のモーターを50Hzで使うときの同期速度は？
答えを見る
1分間に1 500回転 … 120 × 50 ＝ 6 000、これを4でわって 1 500
練習 2/32極のモーターを60Hzで使うときの同期速度は？
答えを見る
1分間に3 600回転 … 120 × 60 ＝ 7 200、これを2でわって 3 600
練習 3/36極のモーターを60Hzで使うときの同期速度は？
答えを見る
1分間に1 200回転 … 120 × 60 ＝ 7 200、これを6でわって 1 200
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。
練習問題 実効値 ＝ 最大値 ÷ √2
同じ型の問題を3問。√2は1.41として計算します。
練習 1/3最大値が141Vの交流。実効値は何V？
答えを見る
100V … 141 ÷ 1.41 ＝ 100V
練習 2/3最大値が282Vの交流。実効値は何V？
答えを見る
200V … 282 ÷ 1.41 ＝ 200V
練習 3/3最大値が423Vの交流。実効値は何V？
答えを見る
300V … 423 ÷ 1.41 ＝ 300V
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。
電圧と電流の波がずれる コイルは遅れ、コンデンサは進む
コイル（電線をぐるぐる巻いたもの）やコンデンサ（電気を一時的にためる部品）が入ると、電圧と電流の波がずれます。ずれ方は3通りだけです。
抵抗だけの回路 … 電圧の山と電流の山が同時に来ます。ずれはありません。
コイルだけの回路 … 電流の山が、電圧の山より遅れて来ます。遅れる量は波ひと回りの4分の1、角度で言うと90度です。
コンデンサだけの回路 … 逆に、電流の山が電圧の山より90度先に来ます。これを「進む」といいます。
コイルは遅れる、コンデンサは進む。この組み合わせで覚えてください。
波の図の読み方
試験では、波の図を見て答える問題が出ます。読み方は1つです。まず電圧の山の位置を見て、次に電流の山の位置を見ます。
電流の山が電圧の山より右（あと）にあれば遅れ、左（先）にあれば進み。山の位置がそろっていれば、ずれなし＝抵抗だけの回路です。
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。
過去問で確かめる 3問
この回の内容だけで解ける過去問を3つ選びました。問題文と図は、各年度の過去問ページで確認できます。
令和6年度下期 問4 コンデンサの回路で、電流の波形を選ぶ
回路に入っているのはコンデンサ。コンデンサでは電流が電圧より90度進むので、電圧の山より先（左）に電流の山がある図を選びます（正解ハ）。ちなみに、イは電流が遅れている図、ロは山がそろっている図、ニは山と谷が逆の図です。 → 令和6年度下期 問1〜10の解説
令和7年度下期 問4 コイルの回路で、電流の波形を選ぶ
同じ形の問題で、今度はコイル。コイルでは電流が電圧より90度遅れるので、電圧の山よりあと（右）に電流の山がある図を選びます（正解イ）。同じ図の組み合わせでも、コイルかコンデンサかで答えが逆になります。 → 令和7年度下期 問1〜10の解説
令和7年度上期 問14 6極・50Hzのモーターの回転速度
三相かご形誘導電動機は、工場などで使う、ごく一般的なモーターのことです。名前が長くても、使う式は同じです。120 × 50 ＝ 6 000、これを極数の6でわって1分間に1 000回転。実際の回転はこれより少し遅いので、いちばん近い1 000を選びます（正解ロ）。 → 令和7年度上期 問11〜20の解説
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。
回転の速さ（同期速度）＝ 120 × 周波数 ÷ 極数。
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。
コイルは電流が90度遅れ、コンデンサは90度進む。
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。
