第7章　電気を配送する

	電気を配送するということは，たいへんな事業です。 じつは，1925年に日本でラヂオ（Radio）（敢えて旧仮名表記）放送が始まったころの真空管時代には，ラヂオは電池で聴いていました。 　今のICと違い当時の真空管はたいへん電気を喰いましたので，電池はすぐに消耗してしまいました。 当然ながら安定にラヂオ放送を受信するには，大きな電池が必要でした。
		そこで，電力会社から安価に供給される交流を使ってラヂオを聴くために，交流を直流にする装置（整流装置）がラヂオに付けられるようになりました。 　電池を除去（エリミネート（Eliminate））したラヂオという意味で，交流で動作するラヂオや蓄音機を，当時はエリミネータ（Eliminator）式と呼んでいました。
		江戸時代末期でも，エネルギー源は船や馬車，時には人手で運んだ。 配送のコストはたいへんなものであったが，二ノ宮金次郎のように学問する時間も取れた。

7.1　電気を送るには

　自家発電や電池を使わないで電気を買って使うには，発電所などから電気を送ってもらわなければなりません。 さらに送られてきた電気を，個々の家庭や事業所などで使えるように分配しなければなりません。 これらをそれぞれ送電，配電といいます。 買った電力は建物内でも分岐して使います。これを分電や給電ということもあります。

［A］
　電気は電気を通す物質で送ります，でも水道管やガス（Gas）管のようにパイプ（Pipe）状にする必要はありません。 なぜなら電気を運ぶ電子は，水やガスの分子などと比べるととても小さく，電気を通す物質なら，物質の中を通り抜けることができます。
　電気を通す物質を導体（Conductor（コンダクタ））と呼んでいます。 電子は銅など主に金属導体中を自由に移動することができます。 この自由移動できる性質を使って，電気を送ります。 家の中などでは，通常はこの導体に銅を使った電線で配線してあります。

図 7.1 電気を通す物質

　一般に金属は電気をよく通し，図 7.1のように常温では，銀がいちばんよく電気を通します。 あとは銅，金，アルミ（Aluminum（アルミニュウム））の順です。 また金属は低温であるほど電気の通りがよくなります。
　実際には重さや費用，強度面などでの扱いやすさから見て，一般の配電には銅の電線，電気を発電所から遠くに送る送電線には，軽いアルミ電線がよく使われています。
　なお，電気の通り難さを示す数値の抵抗率は，0に近いほど電気の通りがよいことを示しています。 詳しくは7.3節で説明します。

　黒鉛（Graphite（グラファイト））は金属ではなく，銅の1,000倍も抵抗がありますが，Q2.10で説明した電気炉や，第3章で説明した整流子モータのブラシなどで電気を通す材料に使われています。
　なお，同じ炭素（カーボン（Carbon））からなる物質でも，ダイアモンド（Diamond）結晶の状態では，電気を通さず10¹²Ωm以上の絶縁性を有しています。
　同じ炭素なのに導電性と絶縁性があるのは，結晶構造の違いから起きる現象です。
　黒鉛は，俗称亀の子というベンゼン（Benzene）環が蜂の巣の表面のような感じで縦横に膜状に延びたものが，幾重にも重なった構造をしています。 ベンゼン環でできた膜の両面には，π（パイ）電子という自由に動き回ることができる電子が発生し，導電性があります。

［A］
　価格（入手が容易），抵抗率の低さ，通常の環境での化学的な安定性，引っ張り強度などから，図7.1の金属が導電材料としてよく使われています。

表 7.1　いろいろな銅合金

［A］
　多くの金属は，ヘリウム（Helium）（気球などに入れる軽いガス）が液化するような超低温では，抵抗現象が消える超伝導体となります。 超伝導体は，電気の流れに対する抵抗が0であるため，電気を流しても熱を発生しません。
　液体窒素の沸点（−195.8℃）温度を越える温度でも，超伝導現象を呈する物質を高温超伝導体と呼びます。 すべての純金属とほとんどの合金は，それよりもずっと低い温度で超伝導状態が破れてしまいます。
　液体窒素の沸点でも実用に耐える材料を探して，いろいろと研究されて来ました。 その中でも，-163.15℃で超伝導を示すBSCCO（組成はBi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀）などが有力な材料です。
　たとえば，幅4.3mm，厚み0.23mmのBSCCOのリボン（Ribbon）は，長手方向に200Aもの電流を流すことができ，その電流値は同じ断面積の銅線の100倍にもなります。
　なお，いくら抵抗が0でも，超伝導体を流れる電流が大きくなると，その電流が作る磁場によって超伝導が破れてしまいます。 この超伝導が破れる電流を臨界電流といいます。

図 7.2 超伝導電線

　これらの超伝導体の主な用途は，大容量の直流送電線や超強力電磁石の巻き線などです。図 7.2は超伝導電線の構造を模式化したもので，銅の芯線は，強度保持用と超伝導状態が破れたとき電流を流して安定を維持するためにあります。 電線は長いステンレスの魔法瓶の中で，液体窒素に浸かって超伝導状態を維持しています。
　超伝導電磁石は，リニア（Linear）モータ駆動の磁気浮上式鉄道や，大型のMR（Magratic Resonance（マグネティック レゾナンス）：核磁気共鳴検査装置）などの医療機器に使われています。 なお，小型のMRは超伝導磁石のように冷却する必要がない，安価な永久磁石式です。