8/1(月) (中学理科)改良型 水流モデル
そろそろ、理論もやりましょう。
実は、電圧についての考え方は、学校の中学理科や高校物理で習う考え方と、
電気屋さんの世界での考え方は、、少し異なります。
ここでは、学校の理科の世界の話をします。
中学校で、オームの法則を習うと思います。
V= R× I ※敢えてV=IRではなく、V=RI にしました。理由は後で。
(v) (Ω) (A)
Iは、「抵抗を流れる」電流の大きさ(単位はA アンペアと読む)
Rは、抵抗値(単位はΩ オームと読む)
Vは、「抵抗の両端の」電圧(単位はv ボルトと読む)
※「」は、あとで重要になってきます 最初は読み流していてもいいです。
例えば、図の回路で、電流Iは、
3(v)=200(Ω)×I(A) I=0.015(A)=15(mA ミリアンペア)
とわかります。
これを水流モデルで書くと、こうなります。
水流モデルは、電気の流れを水の流れに例えたものです。
電池は、水を汲みあげる「揚水ポンプ」
電線は、水平なパイプ
抵抗は、下り坂のパイプ(斜めパイプ)※必ず水は高い方から低い方へ流れる だから必ず下り坂
である
で、水が上がったり下がったり循環して、電気回路を模したのが、水流モデルです。
- 電圧
電圧V(単位v)は、水流モデルの高さを表します。
アルカリ乾電池は1.5v、ニッカド電池やエネループは1.2vで、(電池が減らない限り)電圧は変わり
ません。だから、水流モデルでは、電池の高さは基本的に一定です
ニッカドやエネループは、
アルカリの12/15=4/5の高さ
※水流モデルでは、電池は必ず、立てて書くこと。寝かせちゃダメです。電圧=高さを表せなく
なっちゃうからね。
電池を直列つなぎすると。電圧は高くなります。
電池を並列つなぎしても、電圧は変わりません。
- 電流
電流I(単位A)は、パイプを流れる水の量です。
本来は「電流の量」と言うべきでしょうが、面倒なので「電流」と呼んでいます。
図で、B点を流れる電流と、P点を流れる電流は同じですね。
本来、オームの法則V=RIのIは、抵抗内を流れる電流(つまりP点のI)なのですが、P点の
電流は、抵抗を壊さない限り測れないので(笑)、代わりにB点の電流を測るのです。
※電池1個なのに,3vにはならないだろうって?
野暮なことはいいなさんな(笑) ふつうは省略するっす
図で、B,C,D,E,F,G点のそれぞれの電流を,IB,IC,ID,IE,IF,
IGとすると,
IB=IC+ID=IE+IF=IG なのは、わかりますか?
そして,IC=IE 、 ID=IF ですね。
水流モデルですからね。水が分かれても、合流しても、総量は一定でしょ。
- 抵抗
さて、抵抗です。
抵抗R(単位Ω)は、普通に考えれば「電流の流れにくさ(水とパイプとの摩擦)」と
考えてしまいがちですが(そして理論上、間違ってはいませんが)、
電気回路を理解したいなら、そのように考えては、絶対にいけません(それが、オームの法則の本質を理解するコツです。詳しくは、後で説明します)
抵抗は、単純に、抵抗パイプ(斜めパイプ)の長さを表します。
抵抗が4倍なら、抵抗パイプの斜め長さも4倍。 それだけのことです。
そして、この抵抗パイプは、変な特徴を持っています。
・電流I(水)がたくさん流れるほど、大きく傾く
・電流I(水)が流れないと、パイプは傾かない
何か、ししおどし、は違うな、なんか不思議なパイプなのです。
逆に考えれば、抵抗パイプの傾き角度を見れば、電流Iがどれくらい流れているかが
わかるのです。
また、抵抗パイプの両端の落差(高さの差)は、抵抗の両端の電圧Vです。オームの
法則V=RIの、Vですね。オームの法則のVは、正しくは、電池の電圧(高さ)ではなく、
正しくは、抵抗の両端の電圧(抵抗パイプの落差)のことなのです。
パイプが長い(Rが大きい)と、少し傾いただけで落差は大きくなります。
パイプが短い(Rが小さい)と、たくさん傾かないと、落差は大きくなりません。
つまり、抵抗Rが大きいと、電流Iが少なくても、抵抗両端のVは大きくなります。
逆に、抵抗Rが小さいと、電流Iがたくさん流れなければ、抵抗両端のVは大きく
なりません。
要するに、抵抗Rとは、抵抗両端のVをつくり出す能力の大きさのこと。
Rが大きいとは、その能力が大きいってことです 少しのIでもVがじゅうぶん大きくなる。
※電流が流れにくい、と考えちゃダメですよ。
抵抗器とは、(自分の両端に)Vをつくりだす部品だ、と考えるのです。
抵抗とは、そんなものなのです。
...なんとなくわかった?なんとなくでいいです。
ていうか、別に今は、よくわからなくても、とりあえず
抵抗は「抵抗パイプの長さ」のことだ、とだけ覚えていてください。電流の流れにくさって考えてるうちは
電気回路は理解できないよ。
そして、オームの法則V=RIには、2つの意味があります。
・抵抗両端の電圧Vと、抵抗に流れる電流Iは比例する
・Rが大きい(能力が大きい)と、少しのIが流れるだけで、抵抗両端に大きなVが得られる
(余談) 抵抗パイプを図にまとめると、こんな感じです。
斜辺がR
垂辺が抵抗両端のV
そして、I大だとθ大
そう、これ、
三角比で表すなら、V=Rsinθ なんです。
まさにオームの法則だね。Iはsinθに相当する。...え?まだ三角比を習ってない?
...余談はここまで。
では、具体的に解いていきましょう。さっきの回路(抵抗並列回路)で,
200Ωと300Ω、どちらのパイプ(抵抗)の方が,たくさん電流が流れている
でしょうか?
300Ωのパイプは、200Ωのパイプの1.5倍の長さがあります。
電池の高さは不変だし、電線は必ず水平パイプなので、必然的に、200Ωのパイプ
の方が、傾きが急になります。そうでないと、パイプがつながらなくなっちゃう
でしょ。
つまり、I1の方が、I2よりも大きいはずです。
本当でしょうか。計算で確認してみましょう。
オームの法則のVは、あくまで「抵抗の両端の電圧」つまり「抵抗パイプの両端の間の
高さ」ですから、
V1=200×I1
V2=300×I2
↑
図のV(=3v)ではない
なのです。本来はそうあるべきなのです。
ただ今回は、水流モデルを見ると、VとV1とV2の高さは、同じですよね。
つまり、今回は、V=V1=V2でいいのです。
V=V1=V2=3(v)なのです。今回はね。
よって、I1=0.015(A)=15(mA)
I2=0.01(A)=10(mA)
ほら、I1の方が大きいですね。
ちなみに、I=I1+I2=25(mA) です。
※でも、水流モデルならわかるけど、例えば次の図のような回路の場合、VとV1とV2が
同じだなんて、わかんないよ...
え?上の回路図の向きを変えただけじゃないかって?
そうだよw
※水流モデルの電池は立てないとダメだけど、
回路図記号の電池は、立てても寝かしてもOK。
このような場合、「電線色分け法」が便利です。
図で、つながっている線は、同じ色で塗るのです。
で、同じ色の間の電圧は、みな同じです。
図では、水色と赤の間の電圧は、みな同じです。
だから、V=V1=V2 なのです
さて、I、I1、I2を、実際に、測ってみましょう
例えば、I1を測るなら、C点に電流計を入れればいいですね.え?回路図だと曲がり
角の手前だって?電気的には同じでしょ.
C点の電流を測るには、C点に直列に電流計を入れます。電流計の+極(赤い端子)
を、電池の+に近い側に、−極(黒い端子)を、電池の−に近い側につなぎます。
そうでないと、針が逆に振れてしまいます。つまり、電流計の赤端子(+)から
黒端子(−)へ電流が流れるように、つなげばいいんですね。
※このように電流計は、回路の一部を切って、そこにつなぎます。まあ、実験ならばいいのですが、電子回路の修理とかだと、
お客様から預かった大切な商品を、電流計をつなぎたいがために銅箔をパターンカット! →おいおい,どうしてくれる
んだ! →あはは、半田を盛ってつないどきます〜 →ばかやろう!
ってことに、なりかねません。
だから、電子回路では、電流計はほとんど使いません。主に電圧計で調整や修理をします。
次に,
電池1個よりも、電池2個の方が、電流はたくさん流れるのか?
アルカリ電池で考えてみましょう.
一目瞭然ですね。抵抗はどちらも200Ωなので、抵抗パイプの長さはどちらも
同じです。ということは、電池2本直列の方が、傾きが急になり、電流はたくさん
流れます。
1.5=200×I1
よって、I1=1.5/200=0.0075(A)=7.5(mA)
3=200×I2
よって、I2=3/200=0.015(A)=15(mA)
ほらね。
※...あ、そうそう。ちょっと小技に慣れてみませんか?
V= R× I
(v) (Ω) (A)
ここで、m(ミリ)とk(キロ)の関係は、互いに逆の関係ですよね。1/1000と、1000倍。
だから、掛け算すれば1になっちゃうわけ。
つまり、
V= R× I
(v) (Ω) (A)
は、
V= R× I
(v) (kΩ) (mA)
と計算することもできるのです。
計算してみましょう。200(Ω)=0.2(kΩ)なので、
1.5=0.2×I I=7.5(mA)
3=0.2×I I=15(mA)
おお、一発でmAが出ましたね。
暗算するなら、このmA×kΩ方式の方が、すごく便利です。
以下は、これを使っていきます。
次に、直列回路を考えてみましょう。次の回路で、V1、V2、Iはいくつでしょうか。
図を見ればわかる通り、V1やV2は、電池の電圧Vつまり3vでは、ないですよね。
どちらもたぶん3vより小さい。
さらに、V1+V2=V=3v ってことも、わかりますね。
そして、
水流パイプはどこも分岐してませんから、B点を流れる電流も、C点もD点も、
つまり、R1を流れる電流も、R2を流れる電流も、すべて量は同じです。
つまり、抵抗パイプのおやくそくに従えば、
R1(300Ω)のパイプと、R2(450Ω)のパイプは、傾き角度が同じなのです。
わかりますか?
つまり、三角形の相似を考えれば(図の黄色と黄緑の直角三角形)、
垂辺であるV1とV2の比率は、斜辺であるR1とR2の比率と、同じなのです。
V1:V2=R1:R2=300Ω:450Ω=2:3
これはすごく大事なこと.分圧の考え方よ.
とりあえず細かい理屈は後回しにして、一気に答を出しちゃいますね。
V1+V2=3(v)なのだから、
この3vを抵抗の比300Ω:450Ω=2:3に分圧したものが、V1とV2だ。
V1=1.2(v) V2=1.8(v)
さらにV1=R1Iなので、1.2=300I I=4(mA) ※V2=R2Iからも出せるよ。I=4(mA)になる。同じだ。
まとめ: 抵抗の直列回路では、電圧は、抵抗の比に分割される。
こういうのを、分圧といいます。つまり、抵抗の直列回路は、分圧回路なのです。
抵抗の直列回路では、分圧を使って解くのが一般的です。 便利でしょ。
...本当にこの解き方で良いのでしょうか。
念のため、くっそ律儀な計算法で確認してみましょう。
オームの法則V=RIで、Vはあくまで「抵抗の両端の」電圧だから、
V1=R1×I
V2=R2×I
そして、V=V1+V2
つまり、V=(R1+R2)×I だ
※mA×KΩ方式でいくよ
V=3(v),R1=300Ω=0.3(kΩ),R2=450Ω=0.45(kΩ)なので,
3=(0.3+0.45)×I
I=4(mA) おお、同じ答だ。
V1=R1×I=0.3×4=1.2(v)
V2=R2×I=0.45×4=1.8(v) おおお、これも同じ答だ。
すごいね。ぴったり同じだね。
まあ、こんな律儀に計算するのは疲れますよね。
抵抗の直列回路は、分圧を使って解きましょう。 3vを300Ω:450Ωに分割するだけ。楽だよ。
※暗算のすすめ
電気回路を得意になるコツは、なるべく暗算ですばやく解く だと、僕は思っています。
そろばん教室みたいだね。そろばんの暗算でもいいよ。
今回学んだ「抵抗直列回路は分圧で解く」とか、
この後習う並列合成抵抗の公式とか、
水流モデルの電圧(落差)イメージなどを使って、
なるべく暗算ですばやく答を出すようにする(しかもミスらないように)のが、
電気回路の上達のコツだと、僕は思っています。
なぜかって?
要するに、電気回路をイメージできるようにしようってことなんだ。
水流モデルの図で、電気回路をなんとなくイメージする。
図のイメージや、暗算のトレーニングで、だいたい答はいくつくらいになるかな、ってのを、イメージできるようになるのさ。
筆算計算しているうちは、イメージはなかなか身につかないからね。
さて、さっきの回路で例えば、B点の電流は、Iですね。つまり、4(mA)ね。
C点の電流も、D点の電流も、4(mA)
では、V1とは、何でしょう? 1.2(v)?数値はそうだけど
V1は、BC間の電圧ですね。V2とは、CD間の電圧ですね。
つまり、電圧というのは、必ず、2点間の電圧なのです。
「B点の電圧」なんていうのは,存在しないのです.
水流モデルで言うならば、電圧とは、正確には、もちろん電気の圧力のことではなく、単なる高さのことではなく、2点間
の高さの差、つまり、落差なのです。
Vは、電池両端の落差であり、それはBD間の落差と同じですね。
V1はBC間の落差、V2はCD間の落差、
だから、V=V1+V2なのです。
さて、
電圧は基本的に「落差」なので、高低があります。
上の図の水流モデルでは、落差の高い方(=電池の+に近い方)をで、
低い方(=電池の−に近い方)をで表します。
※一般には,電池の+に近い方が,電池の−に近い側がだと思っていれば間違いありません.
そして,が水流モデルでの高い側,が低い側に必ずなります.
つまり,ぶっちゃけ言えば,電池の+に近い側=水流モデルの高い側,なのです.まあ考えてみれば当たり前だけどさ.
電圧は、電圧計で測ります。2点間を測るわけですから、電圧計は必ず、測りたい部分に並列につな
ぎます。例えば、V1を測るなら、BC間の電圧を測るわけなので、電圧計はBCにつなぎます(並列
つなぎですね)。電「圧」という言葉から、我々はついつい、電圧計は水圧計みたいに電線1本でも測れるんじゃ
ないかと思ってしまいますが、電圧は「圧」じゃないんです。2点間の落差だ。水圧とは違うよ。だから電圧計は、電線2本
つながないと、測れません。
その代わり,電圧計は,回路を切断しなくても,つなぐことができます.並列つなぎだからね.銅箔
のパターンカットとかは要らないわけよ.
だから,電気回路の修理や調整は,ふつうは電圧計を使って行います.このことはよく覚えていて
下さい.
電圧計を並列につないだら、電圧計に電流が流れて、ショートしてしまうじゃないかって?
ご心配なく。電圧計の中は電流が流れないので(電圧計の内部抵抗は理論上∞Ω)、並列つなぎしても問題ないのです。
一方、電流計は回路に直列につなぐので、内部抵抗は理論上0Ωです。電線と同じね。
さて、修理や調整には,普通は専用の電圧計ではなく、万能メータである,「テスター」を使います.テスターは,電圧計や
抵抗計など,万能に使えるメーターです.これを電圧計モー
ドにして,修理や調整をします.
ところが,普通のテスターには,電流計の機能は無いのが普通です.電流計機能があっても,レンジが小さすぎてあまり使い物になら
なかったり...
それはなぜか?...いろいろ理由はあるけど,一番の理由は,
「修理や調整には,電流計はあまり使わないから」だね.電流計は,銅箔のパターンカットとか,導線の切断とかをしないと,
使えないからね
電圧計にも、+(赤端子)と−(黒端子)があります。電池の+に近い方(の方)に
+(赤端子)を、電池の−に近い方(の方)に−(黒端子)をつなぎます。
回路図に電圧を書くときも、やマークを書くようにしましょう。
そうすれば、どちらが高さが高い方か、どちらが低い方か、わかりやすいでしょ。
が高い方(=電池の+に近い方)、が低い方(=電池の−に近い方)ね。
抵抗は、高い方から低い方へ水(電気)が流れる。下り坂パイプだからね。
電池は水を組み上げるポンプなので、低い方から高い方へ水(電気)が流れる
ね。イメージしやすいでしょ。
ついでに、色分け法もやってしまいましょう。上の図に、電線の色分けもして
みました。3色ですね。
赤緑間の電圧と、緑青間の電圧の和が、赤青間の電圧になります。わかりますよね。
マークもあるし。
※(応用)さらに深いことを言えば、
電流の向きと、電圧Vのの関係は、必ず、次のような関係になります。
だって、抵抗パイプは必ず「下り坂」になるわけですからね。高い方から低い方へ電流が流れる.
電池は,逆.ポンプだからね.低い方から高い方へ電流が流れる.
このおやくそくは、電池が充電されてしまうような(!)複雑な回路を解く時や、キルヒホッフの法則で重要
になってきます。キルヒホッフの法則は高校物理の内容ですが、電気やさんなら、中学生でも
知っておいてよい法則ですよ。
それでは,課題1です.
(1)BC間の電圧は,いくつですか?また,BとCでは,+側はどちらですか?
(2)CD間の電圧は,いくつですか?また,CとDでは,+側はどちらですか?
(3)DE間の電圧は,いくつですか?また,DとEでは,+側はどちらですか?
(4)CE間の電圧は,いくつですか?また,CとEでは,+側はどちらですか?
(5)BD間の電圧は,いくつですか?また,BとDでは,+側はどちらですか?
2本以上の抵抗を、1つの抵抗に見たててしまう考え方が、合成抵抗です。
合成抵抗の抵抗値Rの公式は、
直列つなぎ R = R1 + R2 + R3 +…
※直列合成抵抗は、単純な足し算ですね
1
並列つなぎ R = −−−−−−−−−−−−−−−−
1 1 1
− + − + − +…
R1 R2 R3
※並列の合成抵抗は、逆数の和の逆数です
例えば、今までに習った2つの回路で、
2本の抵抗を、1つの大きな抵抗(合成抵抗)だとみたてて考えてみましょう。
合成抵抗の両端の電圧はV、合成抵抗を流れる電流はIです。
合成抵抗は、R=300+450=750Ωだから、
3(v)=0.75(kΩ)×I I=4(mA)
今度は、並列回路。
合成抵抗は、R=1/(1/200+1/300)=120Ωだから、
3(v)=0.12(kΩ)×I I=25(mA)
んん きちんと出ますねえ
え?合成抵抗なんて知らなくても、別に計算はできるって?
並列の合成抵抗の公式は、わけわかんないって?
...そうですね。
では、
合成抵抗は、どんな場合に使うのか?
例えば、こんな回路
V1、V2、V3、I、I2、I3を求めよ
※一応、色分け法は行っておきました。参考にどうぞ。
V2=V3なのは、わかりますか?
慣れていれば、水流モデルを書かなくても、解けますね。
R2とR3を1つの合成抵抗だと考えれば、
この合成抵抗R23は1/(1/100+1/150)=60Ω
この回路はR1と合成抵抗R23の直列回路だ、と考えれば、ほら、分圧で解けるでしょ。
V1:V2=40Ω:60Ω=2:3に、なるわけよ。
V1+V2=5(v)だから、V1=2(v)、V2=3(v)
あっさりだね
そして、R1のみに注目すると、
V1=R1×I つまり、2(v)=40(Ω)×I
I=0.05(A)=50(mA)
R2のみに注目すると、
V2=R2×I2 つまり、3(v)=100(Ω)×I2
I2=0.03(A)=30(mA)
R3のみに注目すると、
V3=R3×I3 つまり、3(v)=150(Ω)×I3
I3=0.02(A)=20(mA)
※I3=I−I2=50−20=30(mA)でも出せるね
ね.出たでしょ.
...え?狐につままれているようだって?
しゃあないなあ.じゃあ,水流モデルでも書きましょうか。
おっと、これじゃダメです。
電池はあくまでポンプなので、揚水ポンプでなければいけません。つまり、水流モデ
ルの電池は、立てなければいけません。
だから、こう書かないとね。
図を見れば,
V2=V3 …(1) なのは、わかるでしょ。
V=V1+V2 つまり,
V1+V2=5(v) …(2) なのも、わかるでしょ。
イメージを理解したら、あとは前述のように解くだけ。
※おいしい話
R2とR3の並列合成抵抗を出すのは,面倒だったね.
基本的に,並列合成抵抗を出すのは面倒だよね.逆数の和の逆数...あああ
でさ,抵抗2本の並列なら,もっと簡単な方法があるんです
「分子はかけ算 分母は足し算」法
例えば,100Ωと150Ωの並列合成抵抗は,
100×150 15000
−−−−−−−−−− = −−−−−− = 60(Ω)
100+150 250
ほら,楽でしょ.
但し,この方法は,2本の並列の時しか使えません.
ここで,さっきの水流モデルを見てみましょう.
例えば,B点からスタートしたとします.茶色の矢印のように,B→C→D→G→B
と1周してみましょう.
B→2v下がって,C
→3v下がって,D(合計5v下がった)
→高さはそのまま,G(まだ5v下がりのまま)
→5v上がって,B(元の高さだ)
つまり,1周すると,再びもとの高さに戻るのです.
これを,回路図でイメージできますか?
B点から,茶色の矢印のように,B→C→D→G→Bと1周してみましょう.
たどる道すじは茶色矢印ですが,
高さについては,青い矢印に注目してください.青矢印ですよ.
が高い方,が低い方を表します.ということは,
?@で,2v下がり
?Aで,3v下がり
?Bは,高さは変わらず
?Cで,5v上がる
で,元通りの高さ.
イメージはわいたかな.
今度は,C点から,電流とは逆向きに,茶色い矢印に沿ってC→B→G→D→Cと
1周してみましょう.
C→2v上がって,B
→5v下がって,G(つまり,スタートから見れば3v下がったことになる)
→高さはそのまま,D(3v下がりのまま)
→3v上がって,C(元の高さだ)
つまり,どこからスタートしても,どっち向きに回っても,たとえ電流とは逆向きに
回っても,1周すれば,もとの高さになるのです.
回路図だと,こんな感じ.
?@で,2v上がり
?Aで,5v下がり
?Bは,高さは変わらず
?Cで,3v上がる
で,元通りの高さ.
つぎに,F点から,F→D→C→E→Fと1周してみましょう.
F→高さはそのまま,D
→3v上がって,C
→高さはそのまま,E(合計3v上がり)
→3v下がって,F(元の高さだ)
つまり,どんな部分でも,1周すると,もとの高さになるのです.
実はこれが,キルヒホッフの法則の基本なのです.
難しい言い方をすれば,「電位の考え方」というものです.
※電位,とは,水流モデルでいうところの,「高さ」のことです.
電圧は,正確には,水流モデルでいうならば,「高さの差」です.
だって,必ず2点間を測らないといけないわけでしょ.
そこで,電圧のことを,「電位差」ともいいます.電位の差 ね.
で,キルヒホッフの法則の基本は,
「回路を1周すれば,電位は必ずもとの高さに戻る」 なのです
それはまさに,ここで学んだことでしょ.
キルヒホッフ則の実際の使い方は,これよりも少し面倒で,訓練が要ります.
連立方程式をばしばし使うのね.
たぶん,後にやる..かもしれません
そして,キルヒホッフの法則を使いこなせれば,かなり複雑な回路も解けるようになります.
でも,キルヒホッフ則の基本となる考え方は,この,「電位の考え方」なんですよ.
というか,電位の考え方は,電気や電気回路の基本なのです.
電位の考え方をを知っていれば,コンデンサ回路だろうが,多少複雑な直流回路だろうが,
苦労せずに楽に解けます.交流回路や,トランジスタ回路を理解する上でも役立ちます.
そしてこれは,後で学ぶ「電圧追いかけ」にもつながってくるわけですよ.
課題2 電池の電圧は10.8vである.
ちょっとだけ書き方を凝ってみたけど,電気的には今までと同様だよね.わからなければ,水流モデルを書いてごらん.
水流モデルでは,電池は立てるんだよ.
(1) V1、V3、V4は,いくつか.また,+側(電位が高い方)は,上下
どちらか.
(2) V2は,いくつか.また,+側(電位が高い方)は,左右どちらか.
(3)I1、I2、I3、I4、I5、Iはいくつか。
(4) この回路図を、水流モデルで書け。
※パイプの長さや角度は,だいたい目分量的に合っていれば,厳密に正確でなくてもよいです。
余談を2つ。
(1)世の中の電気製品は、ほとんどが、抵抗Rです。
電球も、モーターも、扇風機もテレビも、みなRです。
厳密に言うと少し違うのですが、基本的に、「エネルギーを消費する電気製品」は、すべてRです。
Rは、電子部品の「抵抗器」だけじゃ、ないんですよ。
ただ、電気製品は、光る量や回転数、気温、電流の量、画面の明るさ等々で、Rの大きさ(パイプの
長さ)が常に変化するのです。一定ではないのです。
電子部品の抵抗器は、そんなことはありません。常にRの値は一定です。だから、安心して理科実験
とかに使えます。
ついでにいえば、、LEDも、トランジスタも、基本的にはRの一種なのですが、LEDには「定電圧性」があり。トランジスタには
「定電流性」があり、Rの大きさはこれらにより変化します。特殊な部品なので、これらは後に学びます。
(2)
電流の向きと、の関係は、必ず、次のような関係になるという話を、以前しました。
だって、抵抗パイプは必ず「下り坂」になるわけですからね。
つまり、電流と同じ向きに抵抗をたどれば※、電位は必ず下がるのです。つまり、抵抗は、電位を
下げる役目をするのです。
で、抵抗の両端の電圧のことを、「電位降下」とか、「電圧降下」とも言います。つまり、オームの
法則V=RIのVは、正しくは、電位降下のことです。
電位降下とはつまり、「抵抗により低下する電位の大きさ」=「抵抗により生じる(低下方向の)
電位差」=「(抵抗により生じる)電圧降下」=「抵抗により生じる抵抗両端の電圧」なんですよ。
よく専門書を見ると、「電位降下」とか「電圧降下」とかいう言葉が出てきて面食らいますが、一言
で言ってしまえば、それは、「電圧(位)降下」=「抵抗両端の電圧」と置き換えれば、分かりや
すいはずです。
でも、この言葉の裏には、上のような意味があるそうな。特に、「降下」とは、こんなニュアンス
なのです。
抵抗は、電位を降下させる素子なのです。
電流と同じ向きにたどっていけば※、
電池は、(逆つなぎでもしない限り)電位を上げる
抵抗は、電位を下げる
で、1周すれば、もとの高さになる
(※は重要です。逆にたどれば、上がる下がるも逆になります。
でも、1周すればもとの高さになるのは、一緒ですね)
そして、Rの大きさとは、電位降下の起きやすさのことです。
Rはパイプの長さ。だから、上記に書いたように、Rが大きいほど(パイプが長いほど)、少ない電流
(パイプの傾き)Iでも、電位降下(パイプの落差)Vは大きくなります。
それを式で表したのが、オームの法則V=RI なのです。
(で、電位降下=抵抗両端の電圧)
「抵抗Rは、電流の流れにくさのこと」 それは物理的には正しいです。
でも、そう考えているうちは、電気回路は理解できません。
少なくとも電気回路を解く上では、
Rとは電流の流れにくさだ、と考えては、いけないのです。
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