直流と交流、なぜ今の電力系統は交流が主流なのか

問いは木下が出したもので、答えは Claude Code と調べて書いたものです。

Q（木下）：直流と交流で、なんで今の電気系統は交流が主流なの？

A：決定的な理由は「交流はトランス（変圧器）一発で電圧を自由に変えられる」から。 送電損失は $P = I^2 R$ で電流の2乗に効くので、遠くへ送るときは高電圧にして電流を絞りたい （電圧100倍で損失は1万分の1）。一方、発電も家電も低電圧で扱いたいので「送るときだけ超高電圧、 使うときは低電圧」という電圧の付け替えが不可欠になる。交流はコイル2つのトランスで巻数比だけで 効率99%超・可動部ゼロで変圧できるが、これは磁束の「変化」で電圧を生む電磁誘導を使うため、 磁束が変化しない直流では原理的に不可能。19世紀末の「電流戦争」（エジソンの直流 vs テスラ/ ウェスティングハウスの交流）で、電圧を変えられない直流は1〜2kmしか送れず、交流が圧勝したのが これ。加えて、発電機はコイルを回すと自然に交流が出る（直流は整流子が要り火花・摩耗が出る）、 誘導モーターがブラシレスで頑丈・安価、交流は毎秒ゼロを通るのでブレーカーで遮断しやすい、 といった相性の良さも後押しした。

補足：近年は直流が復権中。パワー半導体で直流の電圧変換が実用効率でできるようになり、 超長距離・海底ケーブルは今やHVDC（直流）が主流（交流は長距離だとケーブル容量が悪さをする）。 スマホ・PC・LED・EV・太陽光は中身が全部直流。つまり「半導体が未発達だった19世紀に交流が送電網の 標準を取り、その巨大インフラが今も残っている」というのが本質で、技術的には今なら直流でもできる。