誰でも簡単に電流回路の計算問題を解けるようになる方法を考察します。

計算問題を解くときに使う道具は、「電流の性質」、「電圧の性質」、「抵抗の性質」、「オームの法則」ですが、この稿では「電流の性質」、「電圧の性質」、「抵抗の性質」の３つについてまとめます。










電流の性質

「電池の＋極から流れ出た電流はそのまま－極にもどってくる」と考えます。

直列回路の場合

「電池の＋極から流れ出た電流はそのまま－極にもどってくる」ので、１本道の直列回路の場合、どの場所で測定しても電流は等しい。

左図のＡ点で電流が１.６Ａだとすると、Ｂ点も、Ｃ点も、電流は１.６Ａです。





並列回路の場合

「電池の＋極から流れ出た電流はそのまま－極にもどってくる」ことは同じですが、途中で枝分かれする並列回路の場合、分かれる前の電流と、分かれた後の電流の和と、再び合流した後の電流が等しくなります。

左図のＤ点で１.６Ａの電流が流れていたとします。
その１.６Ａの電流が分かれてＥ点とＦ点に流れます。したがって、Ｅ点に１.２Ａの電流が流れていたとすると、Ｆ点を流れる電流は０.４Ａです。
そして、再び合流した後、Ｇ点を流れる電流は１.６Ａです。



電圧の性質

「電流を流そうとするはたらき」が電圧です。

回路の途中にある豆電球や電気抵抗は電流の流れをさまたげるものです。
豆電球や抵抗がなければ、何もしないでも電流は流れます。

豆電球や抵抗があると、そこに電流を流すには力を加えて電流を押してやらないといけません。この、電流を流そうと押す力が電圧です。










直列回路の場合

例として、電流を流すために０.８Ｖの電圧が必要な抵抗と、０.７Ｖの電圧が必要な抵抗があるとすると、合わせて１.５Ｖの電圧で押す必要があります。
そのためには、電池が１.５Ｖの電圧で電流を押し出さないといけません。

つまり、電源の電圧は、各抵抗に必要な電圧の和になります。

抵抗が何もない回路の部分では、電流は何もしないでも流れるので、電圧は０Ｖです。


並列回路の場合

並列回路の場合、左図の下の２つの抵抗に電気を流すのに必要な力で、電池は電流を押し出さないといけません。
例えば、電池から１.５Ｖの電圧で電流が押し出されると、２つの抵抗のどちらにも同じ電圧の１.５Ｖがかかります。

同じ電圧なので、もし２つの抵抗の大きさがちがえば、抵抗の小さいほうにたくさんの電流が流れ、抵抗の大きいほうに少ない電流が流れることになります（同じ抵抗なら、同じ量の電流が流れます）。

重要なことは、並列回路では、各抵抗にかかる電圧と、回路電圧にかかっている電圧と、電池の電圧とが、すべて等しいことです。

「並列回路では、すべての電圧が等しい」、これは直感ではわかりにくいので、特に意識しておく必要があります。


抵抗の性質

抵抗（電気抵抗）とは、「電流の流れにくさ」のことです。

豆電球も抵抗の１つですが、特に抵抗というときは電熱線や抵抗器のことを抵抗といいます。

抵抗とは、電流の流れるのをさまたげようとするもののことであり、「電流の流れにくさ」を抵抗の値と定義します。

直列回路の場合

直列回路だと、電流の流れるのをじゃまする抵抗が２つ続くことになります。

それだけ電流は流れにくくなるので、全体の抵抗の値は大きくなります。






例えば、Ａの抵抗が８ΩでＢの抵抗が７Ωだと、全体の抵抗は１５Ωになります。

抵抗のない部分、Ｃの抵抗は０Ωです。




並列回路の場合

常識に反する結果になるように見えるのが並列回路の抵抗です。
並列回路だと、全体の抵抗はそれぞれ１つ１つの抵抗の値より小さくなります。


例えば、左の回路図で、Ｄの抵抗が１２Ω、Ｅの抵抗が１８Ωだと、全体の抵抗は７.２Ωになります。

なぜでしょうか？





下の図のように理解すると納得できます。

抵抗が並列に並ぶことで、回路の道幅が広くなっています。

せまい道だから流れるのをじゃまされていた電流が、道が広がったことによって流れやすくなるのです。




「並列回路だと、全体の抵抗はそれぞれ１つ１つの抵抗の値より小さくなる」、これも非常に重要です。


（参考）
今の教科書では使いませんが、並列回路の抵抗の間には次の公式が成り立ちます。





抵抗は「電流の流れにくさ」ですから、抵抗が大きくなると流れる電流は小さくなります。例えば、抵抗が２倍になると、２倍流れにくくなるので流れる電流は１/２になります。反比例です。
つまり、抵抗がR倍になると、流れる電流は１/Rになるのです。上の式はそのことを表しています。

左の回路図で全体の抵抗が７.２Ωになるのはそれでです。




















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