開回路において無限の電圧とゼロの電流が生じる理由は何ですか

電圧の性質から開回路電圧が無限大（理想）であることを理解する

電圧の定義

電圧は、電場力によって単位正電荷を一点から別の点へ移動させる際に行われる仕事であり、つまり

U=W/q

電圧があると、仕事があり、電荷があります。開回路状態では、電流の経路がないため、電場の観点から考えることができます。

開回路時の電場条件

回路が開いているとき、例えば電池の正極と負極間に電場が存在すると仮定します。電流がないため、この電場をバランスさせるために電荷が回路を通って流れることはありません。理論的には、電源の負極から正極へ電荷qを移動させると（電場線の方向に沿って）、電流の経路がないため、途中で他のエネルギー損失（導体の抵抗による熱損失など）が発生せず、電場力を克服するために無限の仕事を行う必要があります。電圧の定義に基づいて、このときの電圧は無限大に近づきます。しかし、これは理想的かつ理論的な状況であり、実際には漏れなしの完全な開回路は存在しません。

開回路における電流がゼロになる理由

電流形成の条件

電流は電荷の方向性のある運動によって形成されます。回路で連続的な電流を持つためには、2つの条件を満たす必要があります：第一に、自由に動ける電荷（金属導体の中の自由電子など）があること；第二に、電荷を方向性を持って動かす電場があり、回路が閉じていることです。

回路が開いたときの状態

開回路状態では、回路は閉ループではありません。例えば、配線の途中で切断されている場合、配線内には自由電子（自由に動ける電荷）があり、電源の両端には電場がありますが、回路が切断されているため、電子は切断部で方向性のある運動を形成できず、電流はゼロになります。