結論：交流は「向きと大きさが周期的に変わる」電流
交流（AC）とは、電流の向きと大きさが一定の周期で繰り返し変化する電気のことです。家庭のコンセントに来ている電気がまさにこれです。
一方、乾電池のように常に一方向に流れるのが直流（DC）です。
甲種4類の試験では、交流回路の周波数・実効値・インピーダンス・力率がよく出題されます。直流との違いを押さえながら、ひとつずつ見ていきましょう。
交流の基本用語
交流を理解するために、まず4つの用語を押さえましょう。
1. 周期と周波数
| 用語 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| 周期（T） | 波が1回分くり返すのにかかる時間 | s（秒） |
| 周波数（f） | 1秒間に波が何回くり返すか | Hz（ヘルツ） |
この2つは逆数の関係です。
日本の家庭用電源は東日本が50Hz、西日本が60Hzです。50Hzなら1秒間に50回、波が繰り返されています。
2. 最大値と実効値
交流は大きさが常に変わるので、「電圧は何V？」と聞かれたとき、どの値を使うかが重要です。
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| 最大値（Vm, Im） | 波のてっぺんの値（ピーク値） |
| 実効値（Ve, Ie） | 直流に換算したときの「同じ仕事をする値」 |
家庭のコンセントが「100V」というのは実効値です。実際の最大値は 100 × √2 ≒ 約141V まで上がっています。
なぜ実効値を使うの？
最大値は一瞬しか到達しない値なので、実用的ではありません。「直流の100Vと同じだけ仕事ができる交流」という意味で実効値を基準にしているのです。試験で「交流100V」と出たら、それは実効値のことです。
計算してみよう
問題：交流電圧の最大値が 200V のとき、実効値はいくらか？
実効値 ＝ 200 ÷ √2 ＝ 200 ÷ 1.41 ≒ 約141V
交流回路の3つの素子
直流回路では抵抗（R）だけ考えればよかったのですが、交流回路ではさらに2つの素子が登場します。
リアクタンスとは？
コイルとコンデンサは、交流に対して抵抗のような働きをします。この「交流に対する抵抗の大きさ」をリアクタンスといい、単位は抵抗と同じΩ（オーム）です。
| 素子 | リアクタンスの公式 | 周波数が上がると？ |
|---|---|---|
| コイル（L） | XL ＝ 2πfL | リアクタンスが大きくなる（電流が流れにくくなる） |
| コンデンサ（C） | XC ＝ 1 ÷ (2πfC) | リアクタンスが小さくなる（電流が流れやすくなる） |
コイルとコンデンサは、周波数に対して正反対の性質を持っています。ここが試験でよく問われるポイントです。
インピーダンスとは？
インピーダンス（Z）とは、交流回路全体の「電流の流れにくさ」を表す量です。直流でいう「合成抵抗」に相当します。
単位はΩ（オーム）で、抵抗とリアクタンスを合わせたものです。
なぜ単純な足し算ではないの？
抵抗（R）とリアクタンス（X）は、電圧と電流のタイミング（位相）がずれているため、単純に足せません。ピタゴラスの定理（三平方の定理）を使って合成します。
RLC直列回路のインピーダンス
コイルとコンデンサが両方ある回路では、2つのリアクタンスの差を使います。
XLとXCが打ち消し合うため、差を取るのがポイントです。
交流のオームの法則
直流のオームの法則 V＝IR の「R」を「Z」に置き換えるだけで、交流でも同じように使えます。
インピーダンスの計算例
問題：R ＝ 30Ω、XL ＝ 50Ω、XC ＝ 10Ω の直列回路がある。インピーダンスはいくらか？
ステップ1：リアクタンスの差を求める
XL − XC ＝ 50 − 10 ＝ 40Ω
ステップ2：インピーダンスを求める
Z ＝ √(30² ＋ 40²) ＝ √(900 ＋ 1600) ＝ √2500 ＝ 50Ω
「3:4:5」の直角三角形になるパターンは試験で頻出です。
力率とは？
力率（りきりつ）とは、供給された電力のうち実際に仕事をした割合のことです。
3つの電力
交流回路には3種類の「電力」があります。
| 名前 | 公式 | 意味 |
|---|---|---|
| 皮相電力 | S ＝ V × I〔VA〕 | 電源が供給する電力の全体量 |
| 有効電力 | P ＝ V × I × cosθ〔W〕 | 実際に仕事をした分 |
| 無効電力 | Q ＝ V × I × sinθ〔var〕 | 仕事をしなかった分（コイル・コンデンサが蓄えて返す） |
たとえ話で理解しよう。ジョッキに注いだビールで考えます。ビール全体（液体＋泡）が皮相電力、飲める液体部分が有効電力、飲めない泡の部分が無効電力です。力率は「ビール全体のうち飲める部分の割合」ということですね。
力率が1になる条件
力率が1（cosθ＝1）ということは、R÷Z＝1、つまりR＝Zです。これは回路に抵抗しかない場合に起こります。
コイルやコンデンサがあると力率は1未満になり、電力の一部が無駄になります。
共振とは？
RLC直列回路でXL ＝ XCになる特別な状態を共振（きょうしん）といいます。
2. 電流が最大になる（Z が最小だから）
3. 力率 ＝ 1（R÷Z ＝ R÷R ＝ 1）
共振はコイルとコンデンサのリアクタンスがちょうど打ち消し合う状態です。回路にとっては「抵抗だけの回路」と同じ状態になるので、電流が最も流れやすくなります。
消防設備との関わり
交流の知識は、自動火災報知設備の実務・試験の両方で役立ちます。
| 場面 | 関係する知識 |
|---|---|
| 電源回路の設計 | 交流100Vは実効値（最大値は約141V） |
| 受信機の電源 | 交流電源と予備電源（直流）の切り替え |
| 変圧器（トランス） | コイル（L）の原理で電圧を変換 |
| 電線のインピーダンス | 長い配線ほどインピーダンスが増加 |
まとめ
| 項目 | ポイント |
|---|---|
| 交流と直流 | 交流＝向き・大きさが周期的に変化 / 直流＝一定 |
| 周波数 | f ＝ 1÷T（東日本50Hz / 西日本60Hz） |
| 実効値 | 最大値 ÷ √2（≒ 最大値 × 0.707） |
| リアクタンス | コイル XL＝2πfL（↑）/ コンデンサ XC＝1÷2πfC（↓） |
| インピーダンス | Z ＝ √{R²＋(XL−XC)²} |
| 力率 | cosθ ＝ R÷Z（1なら全電力が有効） |
| 共振 | XL＝XCのとき → Z＝R（最小）・電流最大・力率1 |
理解度チェック問題
問題1. 交流電圧の最大値が 282V のとき、実効値に最も近い値はどれか。ただし、√2 ＝ 1.41 とする。
（1）100V
（2）141V
（3）200V
（4）400V
問題2. コイルのリアクタンス XL について、正しい記述はどれか。
（1）周波数が高くなるほど XL は小さくなる
（2）周波数が高くなるほど XL は大きくなる
（3）周波数に関係なく XL は一定である
（4）コイルのリアクタンスの単位は H（ヘンリー）である
問題3. R ＝ 40Ω、XL ＝ 70Ω、XC ＝ 40Ω の直列回路がある。インピーダンスはいくらか。
（1）30Ω
（2）50Ω
（3）70Ω
（4）90Ω
問題4. RLC直列回路で共振が起きているとき、正しい記述はどれか。
（1）回路に電流は流れなくなる
（2）インピーダンスが最大になる
（3）力率が 1 になる
（4）力率が 0 になる