![[中学理科]どんな問題でも対応できる！「電気回路」の考え方を解説](https://i0.wp.com/you-can-blog.com/wp-content/uploads/2022/05/lightning-g7416af6a9_1920.jpg?fit=1920%2C1280&ssl=1)
こんにちは、ゆーきゃんです。
今回の記事のテーマは、「電気回路」です。
電気回路は必ずと言ってもよいほど高校入試で出題されますし、受験生が苦手とする分野です。
覚えるべきことが多々ありますが、核心をつかめば暗記から解放されます。
今回はどんな問題でも対応できるような、電気回路の本質について解説していきます。
また、本記事と合わせて以下の記事もぜひご覧ください。
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そもそも「電圧」とは何か？
オームの法則で、電圧＝抵抗×電流という関係式を習うと思います。
そもそもこの「電圧」は何を表しているのでしょうか。
電圧について考えるために、以下の単純な電気回路を考えます。
この回路を、ジェットコースターにたとえると以下のようになります。
ジェットコースターのトロッコがレールをのぼってゆき、最高点に到達しますね。
このトロッコを押し出し最高点に到達させる働きを担っているのが、いまの電気回路でいう「電池」です。
最高点に到達したトロッコは勢いよく地面へと降下していきます。
このとき、「抵抗」によって最高点と地表との落差を作り出せています。
ここで、
であるということを覚えておきましょう。
先ほどの単純な回路でいえば、
青線部分がジェットコースターにおける地面に対応し、
緑線部分はトロッコが最高点に到達したときの標高、つまり\(V\)に相当します。
「キルヒホッフの法則」とは？
次は電気回路に対して重要な役割を果たす「キルヒホッフの法則」について解説します。
どのような電気回路の問題に対しても効力を発揮するので、是非覚えておきましょう！
教科書に出てくる直列・並列回路の性質はこの法則から実は導かれています。
キルヒホッフの法則は、「電流則」と「電圧則」から成り立っています。
「電流則」とは何か？
「電流則」とは、
となることをいいます。
例えば、下の並列回路では、\(I=i_1+i_2\)が成立します。
「電圧則」とは何か？
次に「電圧則」を解説します。
「電圧則」とは、
となることをいいます。
例えば、下の回路を考えてみましょう。
電池の電圧は\(V\)で、各抵抗での電圧降下はオームの法則を用いれば\(RI,rI\)となりますから、
\(V=(R+r)I\)が成立します。
練習問題
次の問題に挑戦してみましょう。
(問)下記の回路において、電流\(i_1+i_2\)の大きさを求めよ。
同じ導線では標高は同じになりますから、CFおよびDEには電流は流れません。
よって、ABおよびGHにはキルヒホッフの法則(電流則)より、\(i_1+i_2\)の電流が流れます。
キルヒホッフの法則(電圧則)より、閉ループABPCEQGHにおいて以下が成立します。
$$8.0=2.0(i_1+i_2)+2.0(i_1+i_2)$$
よって、\(i_1+i_2=2.0[A]\)となります。
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まとめ：[中学理科]どんな問題でも対応できる！「電気回路」の考え方を解説
いかがでしたか。本記事では、
- 電圧は標高差に対応し、同じ導線で結ばれている部分の標高は等しい
- 複雑な電気回路の問題ではキルヒホッフの法則に持ち込む
ことがポイントでした。
電気回路で重要となる合成抵抗の概念等を次回以降解説していきます。
ご一読いただきありがとうございました。
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