鉄塔はなぜ高い？

東京スカイツリー、名古屋や札幌のテレビ塔が高いのはテレビなどの電波をなるべく遠くまで届かせるためですね。では電線をぶらさげているもののうち、鉄塔はなぜ背が高いのでしょう。というか、同じように電線をぶらさげているのに、なぜ電柱は低くて鉄塔は高いのでしょう。

まだ日本語がヘンだけど、要は、どうしてあんなに高いところに電線をぶらさげなければならないのでしょうか、ということです。……それなら最初からそう書けって＞自分。

それは、その電線の電圧がとても高いからです。カンタンですね。電圧が高いから危険のないようになるべく地上から離しておくのです。

ならどうしてそんな危険を冒してまで電圧を高くするのか。これはカンタンではありません。今回の主題でもあります。普通の家庭で使う電気は100Ｖか200Ｖ、工場のモーターだって200Ｖかせいぜい400Ｖなんだから、発電所でその電圧を作って電線をつないでやれば何不自由なく電気が使えます。でもそれは理論上の話。実際にはそれではとても電気が届かないことになってしまいます。

ちょっと前に話題になった超伝導というネタをご記憶の方はあるでしょうか。とある物質を絶対零度（およそ－273℃）近くまで冷やしてやると電気抵抗が完全になくなり、コイルの電流が永遠に流れつづけるというようなことで、リニアモーターカーに使うといってたものです。今回の話にリニアモーターカーは直接関係ありませんが、ちょっと考えてみましょう。超伝導になるとある物質の電気抵抗が完全になくなるということは、超伝導じゃないときは電気抵抗がなくなっていない、普通の温度ではどんな物質にも（電線に使う金属にも）電気抵抗が存在するということです。

例えば、電源コードによく使われる0.75mm²の銅線だと１ｍあたり約0.025Ω、テーブルタップの1.25mm²でも１ｍあたり約0.015Ω、ぐっと太く直径12mmの電線にしても１ｍあたり約0.00015Ω、決して０ではありません。このいちばん太い電線を使って発電所と20km離れたところで電気を使ってみましょう。このとき、電線はそのまま電気を流すだけでなく、電線そのもののにも抵抗があることを忘れてはいけません。その抵抗は、0.00015Ω/m×20,000ｍ×２本＝６Ωあります。

まず100Ｖ800Ｗの電気ストーブを使ってみましょう。このとき流れる電流は“電力と電力量”のページの(２)式から

では同じ800Ｗの電気ストーブだけど200Ｖ800Ｗのものを使ったらどうなるでしょうか。同じ800Ｗなので暖まり方は同じですね。でも流れる電流は４Ａと、半分になります。途中の電線は４Ａ×６Ω＝24Ｖ、発電所では224Ｖにします。電線で無駄になる電力は24Ｖ×４Ａ＝96Ｗ。電圧が倍になると途中の無駄が１／４になりました。

途中の電圧が100倍になれば損失は１／10,000、1,000倍にすれば１／1,000,000。電圧を変えるために使うトランスなどでの損失を差し引いても充分メリットがあります。これが危険を冒して電圧を高くする理由です。そして、発電所からやってくる電気に、電圧を変えることがカンタンにできる交流が採用された理由でもあります。