理科２年　電気

電流

[要点－電流回路]

①電流：回路内を流れる電気の粒（正体は電子という粒）のことです。 回路内を流れる電気の粒の量を表します。 (1)電流の大きさ：アンペア（A）で表され、 直列回路と並列回路で異なる流れ方があります。 (2)単位：アンペア（A）で、1Aは1000mAです。 1.直列回路では、電流は1本道の回路内でどこをとっても変わりません。 枝分かれがないため、電流は一定です。 2.並列回路では、枝分かれがあるため、電流は分かれて流れます。 ②電圧: 電圧は、電気の粒1つ1つが持っているエネルギーを表します。 単位はボルト（V）で、1Vは1000mVです。 (1)電気の粒は電池や電源装置から電圧をもらい、回路内を進みます。 障害物（豆電球や電熱線など）にぶつかると、電圧を使って通り抜けます。 (2)電源装置からもらった電圧は、回路内で使い切らなければなりません。 キルヒホッフの法則により、電圧は再び電源装置に帰るまでにすべて使い切られます。 (3)直列回路では、電圧は電熱線ごとに使い切られます。 電熱線の合計電圧が電源電圧と等しいです。 (4)並列回路では、各電熱線で使い切られる電圧は同じで、電源電圧に等しいです12。 　(回路図)      ①電池または直流電源で右側が(＋) ②スイッチ ③抵抗 ④電球 ⑤電流計 ⑥電圧計 ⑦導線の交わり 電流が流れる道すじを電気用図記号で表したものを回路図という。 図1は直列回路、図2は並列回路である。 　(電流計・電圧計)      ①P：電圧計で回路に並列につなぐ。 ②Q：電流計で回路に直列につなぐ。 ③端子は電源の＋側に＋端子をつなぐので、アとウが(＋)端子である。 ④電流計の－端子は50mA、500mA、5Aと3つの端子があるが、電流の予想がつかないときは最初(5A)端子につなぐ。 ⑤左図で500mAの端子で目盛りがaをさしたとすると、電流は260mAと読める。

電気回路－回路

①電気回路：直列回路と並列回路の2つの種類があります。 　 ②直列回路: 電池や電熱線などを一列につないだものです。 電流の流れる道すじが一本道になっています。 電流はどこで測っても同じですが、電圧はa + b = c という関係が成り立ちます。 つまり、電圧の合計が一定です。 直列回路の電流はどこでも同じですが、電圧は各部分の電圧の和です。 ②並列回路: 電池や電熱線などを枝分かれさせてつないだものです。 電流の流れる道すじが枝分かれしています。 電流はA = B + C という関係が成り立ちます。 つまり、電流の合計が一定です。 並列回路の電圧はどこで測っても同じです。 すべての部分で同じ電圧がかかります。

電気用図記号

代表的な電気用図記号。

電流計・電圧計の読み方

[問題] 次の各問いに答えよ。 　 (1) 上の電圧計の値は何Vか。 (2) 上の電流計の値は何mAか。 [解答] (1) 8.5V　 (2) 330mA [解説] (1) 図1は電圧計の目盛りである。 　　15V端子につないでいるので、目盛りの右端は15Vである。 　　したがって針は8.5Vをさしている。 (2) 図2は電流計の目盛りである。 　　図の場合は500mA端子につないでいるので、50mA用の目盛りを読んで10倍する。 　　したがって、電流の大きさは330mAである。

電流計・電圧計のつなぎ方

①電流計：電流の大きさを測定する装置です。  　 ②電流計は、はかろうとする部分に直列に接続して使います。 (1)電流計の記号は I で、電流の単位は アンペア (A) です。 1Aは1000mA（ミリアンペア）です。 例えば、0.5Aは500mA、250mAは0.25Aといった具合です。 ③電圧計は、電流を流そうとする圧力を測定する装置です。 電圧計は、はかろうとする部分に並列に接続します。 (1)電圧計の記号は Ｅ や Ｖ で、電圧の単位は ボルト (V) です。 1Vは1000mV（ミリボルト）です。 電気器具などにかかる電圧の大きさを調べる際に使用します。 ④オームの法則： 電圧と電流は比例関係にあります。 電圧を2倍にすれば流れる電流も2倍になり、電圧を3倍にすれば流れる電流も3倍になります。 この法則を「オームの法則」といいます。 電流計：直列に接続して使用。はかろうとする部分に接続。 電圧計：並列に接続して使用。はかろうとする部分に接続。

電圧の性質

[問題] 図1、2のような回路について、次の各問いに答えよ。 　 (1) 図1のアイ間の電圧は何Vか。 (2) 図2のウエ間の電圧は何Vか。 [解答] (1) 5.0V　 (2) 10.0V [解説] 　 (1) 直列回路なので、(アイ間の電圧)＝2.0＋3.0＝5.0(V)である。 (2) 並列回路なので、2つの抵抗の両端の電圧は等しく、ともに10.0Vである。

電流と電圧の性質

[問題] 　 同じ規格の電池と豆電球2個を用いて、図1、図2の回路をつくった。 各点を流れる電流はI1、I2、I3で、豆電球A、Bにかかる電圧や、 その両端にかかる電圧はE1、E2、E3であった。 (1) 図1、図2のような回路をそれぞれ何というか。 (2) 図1、図2で、I1、I2、I3の間の関係をそれぞれ式で表せ。 (3) 図1、図2で、E1、E2、E3 の間の関係をそれぞれ式で表せ。 (4) 図1、図2では、豆電球Aの明るさはどちらが明るいか。 [解答] (1) 図1：直列回路　図2：並列回路　 (2) 図1：I1＝I2＝I3　図2：I1＋I2＝I3(I3＝I1＋I2)　 (3) 図1：E3＝E1＋E2(E1＋E2＝E3)　図2：E1＝E2＝E3　 (4) 図2 [解説] 　 (1) 上図のように途中で枝分れがなく、電流の流れる道筋が1つであるような回路を、直列回路という。 これに対し、下図のように途中で枝分かれがあり、2つ以上の道筋があるような回路を並列回路という。 (2) 上図は直列回路なので、回路のどの部分にも同じ電流が流れる。 したがって、I1＝I2＝I3が成り立つ。 下図は並列回路で、枝分かれした電流I1とI2が再び合流してI3となるので、I1＋I2＝I3の関係が成り立つ。 (3) 上図は直列回路で、E3＝E1＋E2が成り立つ。 下図は並列回路で、E1＝E2＝E3が成り立つ。 (4) 例えば、電池の電圧を1.5Vとすると、E3＝1.5Vで、 上図ではE3＝E1＋E2が成り立つので、E1＋E2＝1.5 となる。 A、Bは同じ規格の電球なので、E1＝E2＝0.75Vとなる。 下図ではE1＝E2＝E3が成り立つのでE1＝E2＝1.5Vとなる。 よって、下図の電球にかかる電圧が大きいので、下図の電球の方が明るい。

[要点－オームの法則]

①オームの法則：電流と電圧が比例の関係にあることを示しています。 電熱線を流れる電流の大さは、電熱線の両端に加わる電圧の大きさに比例します。 ②1つの電熱線に流れる電流と電圧は、次の式で表されます： (1)[ 電圧(V) = 抵抗(Ω) \times 電流(A) ] ここで、(Ω)は抵抗を表し、単位はオーム（Ω）です。 (2)この式を変形すると、以下のようになります： [ 抵抗(Ω) = \frac{電圧(V)}{電流(A)} ] [ 電流(A) = \frac{電圧(V)}{抵抗(Ω)} ] 　(オームの法則)  ①1Ωの抵抗に1Vの電圧をかけると1Aの電流が流れる。 ②オームの法則より電圧と電流は比例するので、1Ωの抵抗に3Vの電圧をかけると、3Aの電流が流れる。 ③10Ωで1Vのときは0.1Aの電流が流れ、10Ωで3Vのときは0.3Aの電流が流れる。 これを式にすると、電流(A)＝電圧(V)÷抵抗(Ω) となる。 　(グラフ問題)    ①Pに3Vの電圧をかけると0.3A、 Qに3Vの電圧をかけると0.2Aの電流が流れることから、 PがQより電流が流れやすく抵抗が小さいことがわかる。 ②次に電圧を5倍にしてQに15Vの電圧をかけると、 0.2A×5(倍)＝1.0A の電流が流れる。 ③(電流)＝(電圧)÷(抵抗)なので、Qについては、 0.2A＝3V÷(抵抗)が成り立ち、抵抗＝3V÷0.2A＝15Ω となる。 　(直列回路)    ①1図で、Pにかかる電圧は (0.2A×20Ω＝4V)、 Qにかかる電圧は (0.2A×10Ω＝2V)なので、 電源の電圧は(4V＋2V＝6V)である。 ②2図で、RとSの抵抗の大きさが同じなので、 R、Sともに(1.5V)の電圧がかかる。 ③流れる電流は(1.5V÷10Ω＝0.15A)である。 ④1A＝1000mAなので、0.15A＝150mAである。 　(並列回路)    ①1図において、Pの電流は (3V÷30Ω＝0.1A)、 Qの電流は (3V÷60Ω＝0.05A)で、 T点の電流は (0.1+0.05＝0.15A)である。 ②2図において、Rにかかる電圧は(3V)なので、 抵抗は (3V÷0.3A＝10Ω)である。 ③Sの電圧は3V、Sの電流は (0.45－0.3=0.15A)なので、 Sの抵抗は(3V÷0.15A＝20Ω)である。

抵抗とオームの法則－導体と絶縁体

①導体：電気抵抗が小さく、電流を通しやすい物質です。 金属などが該当します。 導体は電子の流れを容易に許可し、電気を伝える能力があります。 ②不導体（絶縁体）：電気抵抗が非常に大きく、電流をほとんど通さない物質です。 ゴムやガラスなどが不導体に該当します。 不導体は電子の流れをほとんど阻害します。 　 ③半導体：導体と不導体の間の性質を持ちます。 半導体は、例えばケイ素（シリコン）やゲルマニウムなどが該当します。

並列回路の抵抗の合成

[問題] 　 上の回路図の、回路全体の抵抗(2本の抵抗を1本と見なした抵抗)の値を求めよ。 [解答] 4.8Ω [解説] ①(12Ωの抵抗を流れる電流)＝(電圧)÷(抵抗)＝24(V)÷12(Ω)＝2(A) ②(8Ωの抵抗を流れる電流)＝(電圧)÷(抵抗)＝24(V)÷8(Ω)＝3(A) ③ゆえに、 (回路全体の電流)＝2＋3＝5(A) (回路全体の抵抗)＝(電圧)÷(電流)＝24(V)÷5(A)＝4.8(Ω)

複雑な回路の計算－並列＋直列

[問題] 　 次の電流、抵抗の大きさを求めよ。 (1) アの豆電球の抵抗 (2) イの豆電球に流れる電流 (3) イの豆電球の抵抗 [解答] (1) 1Ω　(2) 2A　(3) 1Ω [解説] 　 ①電圧と電流のようすを上図のようにして調べ、これを使って抵抗ごとに電流・電圧・抵抗を調べる。 ②電流・電圧・抵抗の3つのうちの2つがわかれば、残りの1つがわかる。 アの抵抗の両端の電圧は6Vで、流れる電流は6Aである。 ③したがって、 (アの抵抗)＝6(V)÷6(A)＝1(Ω)である。 ④イの抵抗の両端の電圧は、図に示すようにウの電圧と同じなので2Vである。 ⑤(イを流れる電流)＋(ウを流れる電流)＝(全体を流れる電流)なので、 (イを流れる電流)＋4＝6　 したがって、(イを流れる電流)＝6－4＝2(A) よって、(アの抵抗)＝2(V)÷2(A)＝1(Ω)である。

スイッチのある回路

[問題] 　　　 図1は、電気抵抗が20Ωの電熱線a、電気抵抗の大きさがわからない電熱線bを使って作った回路である。 図2は、電熱線bに加えた電圧と流れる電流の関係をグラフに表したものである。 次の各問いに答えよ。 (1) 電熱線bの電気抵抗の大きさはいくらか。 (2) スイッチBだけを入れた後、電源装置を調節して、電流計の値が0.4Aを示すようにした。 　　電圧計に加わる電圧はいくらか。 (3) スイッチA、Bを入れた後、電源装置を調節して、電圧計の値が10Vを示すようにした。 　　電流計を流れる電流はいくらか。 [解答] (1) 20Ω　(2) 8V　(3) 1A [解説] (1) 図2より、電熱線bに6Vの電圧をかけたとき 　　0.3Aの電流が流れるので、 　　(bの抵抗)＝6(V)÷0.3(A)＝20(Ω)　 (2) 電熱線bの抵抗は20Ωで電流が0.4Aなので、 　　(電圧)＝0.4(A)×20(Ω)＝8(V)　 (3) 電熱線aは20Ωなので10Vの電圧をかけると、 　　(aの電流)＝10(V)÷20(Ω)＝0.5(A)の電流が流れる。 　　また、電熱線bも20Ωなので10Vの電圧をかけると、 　　(bの電流)＝10(V)÷20(Ω)＝0.5(A)の電流が流れる。 　　よって、電流計を流れる電流は、0.5＋0.5＝1(A)