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ショート（短絡）ってなに？

電子工作

　よく聞くけど、意味が分からんし説明もできないので調べてみた。

今の理解

　電気系統の事故ってことは分かる。なんか火花散ったり電子機器が壊れたりするんでしょ？　でもそれがどういうことか分からんので調べてみた。

調べてみた

ショートとは

　そのままの文言でググってみる。

　Google先生によると以下。

  1. 《名》短いこと。 「―パンツ」
    ▷ short
  2. 《名・ス自他》たんらく。 「―による停電」
    ▷ short‐circuit から。

　つまり以下のことが分かる。

  • 電気のいうショートは短いことを意味する「short」と同じ
  • 電気のいうショートは日本語で「短絡」という

　「短絡的な考え」という使われ方をするよね。浅慮とか安直とかに近い意味。んで癇癪を起こす。電気の世界とは関係ないだろうけど。

ショート＝プラスとマイナスを直接つなぐこと

車で一番分かりやすい例をあげると、バッテリーのプラスとマイナスを直接つないだら、それがショートです。（※危険なので絶対にやってはいけません）

ショートは意図せずとも起こりうる

金属製の工具などが両方の端子に同時に接触して、意図せずにプラスとマイナスをつなぐ状態が生まれることならあります。

　マジか。そんなことが起こるという発想がなければ気をつけることもできない。仮に気をつけていても何かの拍子に起こりうる。後ろから声を掛けられて驚いて接触させてしまったり、「おっす田中ぁ！」と後ろから背中を押されたり、地震が起きて触れてしまったり、工具が動いたり落ちてきたりして両極に触れてしまったらショートする。

ショートは危険

一瞬でも、過電流が流れて火花が飛びます。危険だし、バッテリーの破損にもつながります。
さらに、継続的なショート状態が続いたら、発火します。
配線コードなら、一瞬で燃えてしまいます。

　発火！

なぜ回路はショートしないの？

電源（バッテリー）のプラスとマイナスの間に、電装品があれば、そこで電気が消費されますので、ショートは起きません。

✔ 「ショート」とは、抵抗なしでそのまま電源のプラスとマイナスをつなぐこと。
※オームの法則を用いると、抵抗ゼロで無限大の電気が流れる理屈を説明できるが、初心者には分かりにくいので、そういう説明はここではしません。

抵抗ゼロ＝電流∞

　無限大？　ええと、オームの法則は確か以下だったはず。

  • V = IR

　で、それぞれの意味が以下。

  • V=電圧
  • I=電流
  • R=抵抗

　このうち抵抗(R)が0(ゼロ)だから……

  • V = I * 0 = 0

　掛け算の場合、ゼロに何かを掛けるとゼロになるはず。

　つまり V = 0。電圧ゼロ！

　……え？　たしか電気は電圧差（電位差）があるから流れるんだよね？　電圧ゼロなら電位差ゼロで流れないんじゃないの？

　いや待て。元の文章をもう一度みてみる。

無限大の電気が流れる

　「電気が流れる＝電流」つまり「電流＝無限大」か。ならオームの法則の式を、電流(I)を求める形に変形させて考えるべきか？

V = IR
V / R = I * R / R
V / R = I
I = V / R
  • I = V / R

　で、抵抗(R)がゼロだから……

  • I = V / 0

ゼロ除算

　分母がゼロだと！？　電圧数をゼロで割るってことだよね？　割る数がゼロのとき、割られる数はどうなるの？　これはプログラミング言語では「ゼロ除算エラー」というやつでなかったっけ？　算数的にはどういう扱いなわけ？

ゼロ除算（ゼロじょざん、division by zero）は、0で除す割り算のことである。このような除算は除される数を a とするならば、形式上は a⁄0 と書くことができるが、数学において、この式と何らかの意味のある値とが結び付けられるかどうかは、数学的な設定にまったく依存している話である。少なくとも通常の実数の体系とその算術においては、意味のある式ではない。

　実数では表現できないってことか？

コンピュータなど計算機においても、ゼロ除算に対するふるまいは様々である。たとえば浮動小数点数の扱いに関する標準であるIEEE 754では、数とは異なる無限大を表現するものが結果となる。[1] しかし、浮動小数点以外の数値型（整数型など）においては多くの場合無限大に相当する値は定義されておらず、またいくつかの除算アルゴリズムの単純な実装（取尽し法など）においては無限ループに陥りかねないなど演算処理の中でも特異なふるまいとなるため、演算前にゼロ除算例外を発生させることで計算そのものを行わせないか、便宜上型が表現できる最大の数値、あるいはゼロを返すなどの特殊な処理とされる場合が多い（後述）

　出てきました無限大。インフィニティ。∞。コンピュータの計算がどうやって行われているかは知らないが、割る数がゼロのときにその計算を実行すると無限ループに陥ると。それじゃ困るんで計算前に例外発生させるなどの特殊な処理をする。それがゼロ除算エラーの正体というわけか。

　つまり、分母がゼロのときは無限大になるってことね。だから抵抗(R)がゼロのとき、電流は無限大だと言えるのか。

  • I = V / 0 = ∞(無限大)

無限大など実在するの？

　でもそれってコンピュータにおける計算上の話でしょ？　この世の物理世界に「無限大」なんていう中二病的な現象や状態って実在すんの？　「不老不死」とか「永遠」と同じぐらい胡散臭いんですけど？　エネルギー保存の法則とか、そのへんはどうなってんの？

　考えてみよう。ええと、電流は電子の流れだったはず。電流の単位はアンペア(A)だった。1アンペア1秒間の時に流れる電子の量をクーロン(C)と表現する。「電流が無限大」ということは、つまり「電子が無限大に流れる」ことか？
　抵抗ゼロのとき、電子が無限大に流れる？　でも実際に電子の数は無限大ではありえないよね？　電子の総量は電源に蓄えられた数だけのはず。ここでは電子の総量が無限大という話ではなく、一度に流れる量が無限大ってことだろう。つまり、一度に流れる量が無限大ってことは、電源にある全電子が一瞬で流れるってことか？　そうなると1秒間あたりに受け付けられる許容量みたいなのを超えて破裂しちゃうとか、そんな感じ？　それがショートの正体ってことでOK？

　たしか電線（リード線）は太さに応じて許容電流ってのがあったはず。たとえば太さAWG24の単線における許容電流は3.5Aだっけ？　つまり一度に流せる電子の総数には限界がある。それを超えたら、電線（リード線）が燃えるという現象が起こるってことじゃね？

　本当かどうかは知らんけど、そう考えれば説明はつく。

その他参考

結論

  • Q: ショート（短絡）ってなに？
  • A: 電源に蓄えられた電子が一度に一瞬で流れ、機器の電流許容を超えること。破裂や発火を引き起こし、人体や環境に多大なダメージを与える事故につながりうる現象。電気抵抗がゼロだと発生する。たとえば車の電源(バッテリー)のプラス極とマイナス極が導体(電気が伝わりやすい物質)で繋がってしまうと発生する。

　回路図でいうと以下。

VOLTAGE SOURCE

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