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電流と抵抗

一般小学生

まとめ

電流抵抗
回路を流れる電気の量と、その流れを妨げる働きとの関係

解説

電流(I)は単位時間あたりに導体を流れる電荷の量であり、電圧(V)は電流を流そうとする電気的な圧力の差を指します。これに対し、抵抗(R)は電流の流れにくさを表す物理量です。これら三者の関係は「オームの法則(V = IR)」によって定義され、電圧が一定であれば電流は抵抗に反比例し、抵抗が一定であれば電流は電圧に比例します。

導体の抵抗値は、材料の種類(電気抵抗率)、長さ、および断面積によって決定されます。一般に、導体が長いほど、また断面積が小さいほど抵抗は大きくなります。また、金属などの導体では温度が上昇すると原子の熱振動が激しくなり、電子の流れを妨げるため、抵抗値が増加する性質があります。

比較項目 直列回路 並列回路
電流の大きさ 各部で一定 各枝路の和
電圧の大きさ 各抵抗の和 各部で一定
全体の抵抗 各抵抗の和 逆数の和の逆数
コラム

電流が抵抗を通過する際、電気エネルギーの一部は熱エネルギーに変換されます。これをジュール熱と呼び、その電力(P)は P = I^2R で表されます。この原理は電気ストーブやアイロンなどの電熱器に応用されていますが、一方でコンピュータのCPUなどでは発熱による故障を防ぐための冷却が不可欠となります。また、抵抗がゼロになる現象を超伝導と呼び、医療用のMRIやリニアモーターカーなどの先端技術に利用されています。

小学生のみなさんへ

電気の流れを「電流でんりゅう」、電気を押し出す力を「電圧でんあつ」、そして電気の流れをじゃまする働きを「抵抗ていこう」といいます。これらは水道のホースにたとえるとわかりやすくなります。ポンプの力が強い(電圧が高い)ほど水はたくさん流れ、ホースが細くて通りにくい(抵抗が大きい)ほど水の流れは弱くなります。

回路には、道が一本の「直列」と、道が分かれている「並列」があります。直列では抵抗がつながるほど電気が流れにくくなりますが、並列では電気が通れる道が増えるため、全体としては電気が流れやすくなるという不思議な性質があります。

ルラスタコラム

電線にとまっている鳥が感電しないのはなぜでしょう?実は、鳥の両足が同じ電線の上にあるため、足の間に電圧の差がほとんど生まれないからです。もし鳥がとなりの電線にも同時にさわってしまうと、大きな電圧の差ができて電気が体を流れ、感電してしまいます。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 電流、電圧、抵抗の3つの関係を表した法則を何というか。
オームの法則
【応用】 電圧を一定にしたまま、回路の抵抗を2倍にすると、流れる電流の大きさはどうなるか。
2分の1(半分)になる
【実践】 同じ種類の電熱線を使って、流れる電流を2倍にしたとき、発生する熱量(ジュール熱)は何倍になるか。
4倍になる(発生する熱量は電流の2乗に比例するため)

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