交流とは何ですか？

電圧と電流の向きと大きさが、一定の周期でプラスとマイナスに入れ替わり続ける電気です。家のコンセントが交流です。

交流と直流の違いは？

交流は向きが周期的に入れ替わり、直流はいつも同じ向きに流れます。乾電池は直流、コンセントは交流です。

交流の周波数とは？

1秒間に波を何回くり返すかを表す数で、単位はHzです。日本は東日本が50Hz、西日本が60Hzです。

交流100Vの最大値は？

100Vは実効値なので、最大値は100×√2で約141Vです。マイナス側にも同じだけ下がります。

周期と周波数の関係は？

逆数の関係で、周期T＝1÷周波数fです。50Hzなら周期は0.02秒、60Hzなら約0.0167秒です。

なぜ家の電気は交流なの？

交流は変圧器で電圧を簡単に上げ下げできるので、高い電圧で遠くまで送り、家の近くで下げて使えるからです。

交流とは？直流との違いと正弦波・周波数・実効値をやさしく図解

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交流とは？向きと大きさが入れ替わり続ける電気

交流とは、プラスとマイナスの向きが、決まったリズムで入れ替わり続ける電気です。英語では Alternating Current（入れ替わる電流）といい、頭文字をとって AC と書きます。

これに対して、向きが変わらない電気を直流（DC：Direct Current）といいます。乾電池やスマホのバッテリーは直流、家のコンセントは交流です。

比べる点	交流（AC）	直流（DC）
電気の向き	プラスとマイナスが入れ替わり続ける	いつも同じ向き
グラフの形	山と谷をくり返す波	まっすぐな横線
身近な例	家のコンセント（100V・50/60Hz）	乾電池（1.5V）、スマホのバッテリー
得意なこと	変圧器で電圧を簡単に変えられ、遠くへ送りやすい	電子回路を動かす、電池にためる

コンセントの電気が行ったり来たりする様子を、下の動画（長尺）で動く図にしています。

交流の波はなぜ正弦波（サインカーブ）なのか

交流の波が正弦波になるのは、発電機がコイルと磁石を一定の速さで回して電気を起こしているからです。正弦波とは、三角関数の sin（サイン）のグラフと同じ形の、なめらかな波のことです。

発電機の中では、磁石のまわりでコイルが回っています（または磁石が回っています）。コイルが磁石の力をいちばん強く横切る向きのとき電圧は最大になり、横切らない向きのとき0になります。半回転すると、横切る向きが逆になるので電圧もマイナスになります。

回転の角度ごとの電圧の大きさは、ちょうど sin（角度）に比例します。だから、一定の速さで回り続けると、電圧のグラフは正弦波になるのです。式で書くと、v ＝ V_m sin ωt（V_mは最大値、ωtは回転の角度）です。

周波数・周期・角周波数｜3つの関係を整理する

周波数は「1秒間に何回くり返すか」、周期は「1回にかかる時間」、角周波数は「1秒間に何ラジアン回るか」です。3つとも同じ「波の速さ」を、別の言い方で表しています。

量	記号・単位	意味	50Hzの場合
周波数	f［Hz］	1秒間にくり返す回数	50回
周期	T［s］	1回のくり返しにかかる時間	1 ÷ 50 ＝ 0.02秒（20ms）
角周波数	ω［rad/s］	1秒間に進む角度（1回転＝2πラジアン）	2π × 50 ≒ 314 rad/s

ラジアンは角度の単位で、1回転（360°）を 2π（約6.28）と数えます。1回の波で1回転するので、1秒間に f 回くり返せば、進む角度は 2π × f になります。これが ω ＝ 2πf の意味です。

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実効値と最大値｜コンセントの100Vの山は141V

交流の「100V」は実効値で、同じ抵抗につないだとき、直流100Vと同じだけ熱を出す強さを表します。波の山の高さ（最大値）は、実効値の√2倍（約1.414倍）です。

交流の電圧はいつも変わっているので、「何Vか」を1つの数で言うには工夫がいります。山の高さで言うと、ほとんどの時間はそれより低いので強すぎる評価になります。そこで「直流なら何Vと同じ働きか」で表したのが実効値です。

交流の計算ツール｜周波数・周期・実効値を一発で

周波数を入れると周期と角周波数を、実効値を入れると最大値を計算します（正弦波の場合）。どちらか片方だけ入れても使えます。

交流の計算の例題｜途中式つきで解いてみる

交流の基本の計算は、f＝1/T、ω＝2πf、実効値＝最大値÷√2の3つで解けます。試験でもよく使う形で練習します。

例題1：60Hzの周期は？

T ＝ 1 ÷ f に、f ＝ 60 を入れます。T ＝ 1 ÷ 60 ≒ 0.0167秒。ミリ秒（1ms＝0.001秒）に直すと、約16.7msです。60Hzの交流は、約16.7msで1回のくり返しが終わります。

例題2：50Hzの角周波数は？（π＝3.14）

ω ＝ 2πf に、f ＝ 50 を入れます。ω ＝ 2 × 3.14 × 50 ＝ 6.28 × 50 ＝ 314 rad/s です。

例題3：v＝141 sin 377t［V］の実効値と周波数は？

交流はどこで使われている？身近な例

発電所で作られる電気は交流で、送電線・電柱・家のコンセントまで、交流のまま届きます。一方で、パソコンやスマホの中の電子回路は直流で動くので、ACアダプターなどで交流を直流に変えています。

場所	交流か直流か
発電所・送電線・電柱の電線	交流（多くは三相交流）
家のコンセント	交流（単相100V・200V）
電子レンジ・掃除機・扇風機のモーター	交流をそのまま、または中で変換して使う
パソコン・スマホ・LED照明の回路	直流（交流を直流に変えてから使う）

日本では、東日本が50Hz、西日本が60Hzです。境目はおおよそ静岡県の富士川から新潟県の糸魚川あたりです。明治時代に、東と西で別々の国から発電機を輸入したことが始まりといわれています。

交流電源の特徴｜メリットとデメリット

交流電源のいちばんの特徴は、変圧器で電圧を簡単に上げ下げできることです。電圧を上げて送れば、同じ電力でも電流が小さくなり、電線で熱になって消える損失を減らせます。弱点は、電子回路を動かすには直流に変える手間がいることと、コイルやコンデンサがあると電流が流れにくくなることです。

メリット	デメリット
変圧器で電圧を変えやすい。高い電圧で送って送電の損失を減らせる	パソコン・スマホ・LEDの回路は直流で動くので、整流（交流→直流）が要る
電流が1周期に2回ゼロになるので、ブレーカーやスイッチで切りやすい	コイルとコンデンサが電流を妨げる（リアクタンス）。長いケーブルでは電圧の変化や損失のもとになる
三相交流なら回る磁界が作れ、つくりの簡単な誘導電動機（モーター）が回る	日本は50Hzと60Hzに分かれていて、東西で電気をやりとりするには周波数変換所が要る

送電で電圧を上げる効き目を、数字で確かめます。10kWを100Vで送ると電流は100A、6,600Vで送ると約1.5Aです。電線の抵抗を0.1Ωとすると、損失（I²R）は100V なら 100²×0.1＝1,000W、6,600V なら 1.52²×0.1≒0.23W。電圧を66倍にすると、損失は66²＝4,356分の1になります。差は4千倍以上。交流が電気を「遠くへ送る」役を任されているのは、この計算のためです。

一方で、海底ケーブルのように長いケーブルでは、コンデンサとして働く分の電流（充電電流）が増えるため、直流で送る区間もあります。北海道と本州を結ぶ連系線は直流です。長さと場所での使い分け。リアクタンスのしくみはリアクタンス(XL・XC)とは？、直流送電との比べ方は送電方式の比較で詳しく書いています。

交流でよくある間違い

よくある間違い	正しい考え方
コンセントの電圧は、いつも100V	100Vは実効値。瞬間の電圧は＋141V〜−141Vの間で変わり続ける
周波数 f と角周波数 ω を同じものとして使う	ω ＝ 2πf。式の中の sin の中は ωt なので、f をそのまま入れない
式 v＝V_m sin ωt の V_m を実効値だと思う	V_m は最大値。実効値は V_m ÷ √2
交流は向きが変わるので、平均すると何も働かない	電流が往復するあいだも電球やヒーターは熱を出す。働きの大きさを表すのが実効値
周期の単位を ms と s で取り違える	1ms ＝ 0.001秒。50Hzの周期は0.02秒＝20ms