ワイヤの太さが抵抗に影響するのはなぜですか？

教師が高速道路の例えを使ってその理由を説明しました。車線が多いほど、車の通過速度が速くなります。車線の数は明らかにワイヤの太さを表し、車は電子を表します。簡単です。

しかし、特定のポイントの後、ワイヤはそれほど太くならないはずです。その後の太さは抵抗に影響しませんか？たとえば、高速道路を100台の車が通っている場合、4車線の高速道路では車線が1車線より少ないため、車線は1車線よりもはるかに速く移動できます。しかし、1000レーンの高速道路は、10000レーンの高速道路と同じくらい効率的です。なぜなら、両方の高速道路では、すべての車が独自のレーンを持っているからです。100レーン後、レーンの数は抵抗を提供しません。

それでは、なぜワイヤの厚さを増やすと抵抗が常に減少するのでしょうか？

電子は実際にはワイヤの一方の端からもう一方の端に流れないため（非常にゆっくりですが）、車の間にスペースがあることを意味するため、車のアナロジーはそれほど良いものではありません。高速道路の幅に関係なく、渋滞のようです。
ビリヤードボールのラインのようなもので、最初のボールに力が加えられ、すべての中間ボールを介してエネルギーが最後のボールに伝達されます（ボールは実際には互いに跳ね返りませんが、ニュートンのゆりかごのようなものです） ）。自由電子は跳ね返り、ときどき妨げられ（下記参照）、電位差により電流の方向に対して平均的な傾きが生じます。

水のアナロジーが優れている-パイプは常に水で満たされ、同じポンプ（バッテリー）の場合、パイプが広いほど圧力（電圧）は常に低くなります。これは、より多くの流量とより低い抵抗に相当します。

抵抗率に関するWikiページからの次の引用は、合理的に十分に説明しています。

金属の場合-金属は原子の格子で構成され、各原子は親原子から自由に解離して格子内を移動する電子の外殻を持ちます。これは正イオン格子としても知られています。4
この解離可能な電子の「海」により、金属は電流を流すことができます。金属に電位差（電圧）が印加されると、結果として生じる電界により、電子が導体の一端から他端に移動します。
室温付近では、金属には耐性があります。この抵抗の主な原因は、イオンの熱運動です。これは、電子の散乱に作用します（イオンの非相関電位に対する自由電子波の破壊的干渉のため）[要出典]。また、不純物を含む金属の抵抗に寄与するのは、格子の不完全性です。純粋な金属では、このソースはごくわずかです[引用が必要]。
導体の断面積が大きいほど、単位長さあたりの電子をより多くの電流で流すことができます。その結果、断面積が大きい導体ほど抵抗が低くなります。材料を通過する電子が遭遇する散乱イベントの数は、導体の長さに比例します。したがって、導体が長いほど、抵抗は高くなります。異なる材料も抵抗に影響します。

私はあなたの質問に少し違った方法でアプローチし、抵抗が下がる理由をもう少し直感的に理解できるようにします。

最初に、単純な回路の等価抵抗を考えてみましょう。

_{（ソース：electronics.dit.ie）}

$\frac{1}{R_{Total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} ... \frac{1}{R_n}$

この式は教科書で見ることができますが、「抵抗器を追加しました！どうすれば抵抗を下げることができますか？」

理由を理解するために、電気伝導度を見てみましょう。コンダクタンスは抵抗の逆です。つまり、材料の抵抗が小さいほど、導電性が高くなります。コンダクタンスはとして定義されます$G = \frac{1}{R}$$G$$R$

この部分は興味深いものです。並列回路の抵抗方程式でコンダクタンスを使用するとどうなるか見てみましょう。

$Conductance = G_{Total} = G_1 + G_2 + G_3 .. G_n = \frac{1}{R_{Total}}= \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} ... \frac{1}{R_n}$

並列に抵抗を追加するとコンダクタンスが増加し、抵抗が減少することがわかります。各抵抗は、一定量の電流を流すことができます。抵抗を並列に追加すると、電流が流れるパスが追加され、各抵抗が一定量のコンダクタンスに寄与します。

太い線を使用すると、この並列回路のように効果的に機能します。あなたが一本のワイヤーを持っていると想像してください。一定のコンダクタンスと一定の抵抗があります。20本の個別のワイヤで構成されたワイヤがあり、各ストランドが以前の単一のストランドと同じ太さであるとします。

各ストランドに特定のコンダクタンスがある場合、20ストランドのワイヤを使用すると、コンダクタンスが1ストランドのみのワイヤの20倍になります。より太いワイヤが複数のより小さなワイヤを持っているのと同じであることがわかるので、私はより線を使用しています。コンダクタンスが増加するため、抵抗が減少することを意味します（コンダクタンスの逆数であるため）。

高速道路の類推を忘れてください。ワイヤの抵抗は、3つのパラメータに依存します：ワイヤが作られる材料の導電率、断面積、および長さ。銅や銀などの高導電性材料を使用してワイヤを製造し、低抵抗を実現しています。ワイヤが長いほど、電子が一方の端からもう一方の端に到達するために流れる経路が長くなるため、抵抗が大きくなります。断面積が大きいほど、電子が流れる面積が大きくなるため、抵抗が低くなります。これは、ワイヤの太さに関係なく適用され続けます。電子の流れは、ワイヤの厚さに関係なく調整されます。

電気は、物質を通る電子の流れに他なりません。ある意味では、すでに水で満たされた庭のホースのようなものです。蛇口で水がオンになると（圧力が加えられると）、圧力は特定の水分子よりもはるかに速くホース内を移動し、水はほぼすぐに遠端から流出し始めます。ワイヤは、少しの起電力を加えると移動できる電子でいっぱいです。電圧を印加すると、最初の電子がワイヤを通過するのを待つ必要はありません。それらはほとんどすぐに遠端で動き始めます。

ワイヤーの断面を考えてください。。。ワイヤーの軸に垂直に、ワイヤーの周りに線を引くことを想像してください。ここで、ワイヤの断面である円を介して、この線を通過する電子の数を数えることを想像してください。これは電流で、アンペアで測定されます。同じ電流を得るにはいくつかの方法があります。多くの電子がゆっくりとドリフトする、またはa &&を牽引する電子が少なくなり、同じ数が1秒間に断面を通過するため、同じ電流が流れます。

どうすれば彼らがより速く動くように説得できますか？より大きな起電力を適用します。そのため、直径が半分のワイヤでは、断面積が4分の1になります。つまり、特定の長さのワイヤで1秒あたりにラインを通過できる電子の数は4分の1になります。移動する電子の数を減らして、その電流を上げるにはどうすればいいですか？より高い電圧を印加して同じ数が毎秒通過できるように、それらをより速く移動する必要があります。

そこにあなたはそれがあります：細い電流は同じ電流を運ぶためにより高い電圧を必要とします。それは、抵抗の定義ですV/I = R。

車のアナロジーがうまく機能しない理由を知っていますか？電子が実際に移動しないという可能性を無視したとしても、あなたは再び自動車としてそれらについて物事をしたいと思いますが、直線では移動しません！それらは、ランダムなジグザグパスで移動します。したがって; ラインが多ければ多いほど、車がジグザグパスと衝突する可能性は低くなります。

したがって、あなたは暗黙のうちに、電子が自動車のように星のある車線（ライン）を移動すると仮定しました。一方、直線ではない直線で移動する車を考えると、あなたの仮定はあなたの結論に合わないでしょう。

教師が高速道路の例えを使ってその理由を説明しました。車線が多いほど、車の通過速度が速くなります。車線の数は明らかにワイヤの太さを表し、車は電子を表します。簡単です。

先生が言っておくべきことは：

• 車が高速道路の車線で一定の速度で一定の間隔で走行すると仮定します。
• ポイントを通過する車両の量は、車線の数に比例します。
• 車線の数を増やしても、車両の速度は上がりません。（車は人によって運転されるため、まったく真実ではありません！）

これは素晴らしい質問です！-高速道路/車は優れた例えです

この類推では、これらの要因を考慮する必要があります。

設計には電圧が必要です。このモデルでは、電圧は車が移動するのに必要な速度です。

設計には現在の要件があります。これは、高速道路を下るのに必要な車の数です。（またはボリューム）

ワイヤサイズ/抵抗は、LANESの数です。

ワット数、または電力は、電圧*電流の両方の組み合わせ、または所定の時間内に高速道路を走行する車の数です。

高速道路は、速度と容積の両方の仕様を満たすように設計する必要があります。電流要件が非常に小さい場合、たとえば1台の車の場合、車線は1レーンしか必要ありません。これは、可能な限り高速で走行できるためです（高電圧）。しかし、10,000台の車の高い電流要件がある場合は、100車線の高速道路が必要になります。（電力要件に応じて）

しかし、たとえば、100万人の都市の送電線である送電網を考えてみましょう。これは約30万世帯で、それぞれ1 kwの電力を使用しています。つまり、ラインは3ギガワットの電力を供給する必要があります。これは、1 V @ 3ギガアンペア、または3 GV @ 1アンペア、またはその間にあるもので行うことができます。

伝送ラインを可能な限り小さくするには、どの電圧/電流が必要ですか？