中学2年生 (13-14歳)

中2 電気回路わかりやすく

Electric Circuit & Ohm's Law

電池・導線・豆電球を輪のようにつないだときだけ、豆電球に明かりがつきます。とぎれずに一周する、この閉じた道すじが電気回路です。電圧は電流を流そうとするはたらき、抵抗は電流の流れにくさで、3つの量はオームの法則 V = IR で結ばれています。上の回路で電圧を上げると電流計の値が同じ割合で大きくなり、抵抗を上げると小さくなることを確かめられます。下のグラフでは同じ関係が原点を通る直線になり、その傾きがそのまま抵抗の大きさです。

閉じた道すじ、電気回路

🔋 水の流れにたとえると

①電圧＝水そうの高さの差。差が大きいほど水を強く押し出す

②電流＝1秒間に流れる水の量。導線の断面を通る電気の量である

③抵抗＝細い管。管が細いほど水は流れにくい

④電池は水をふたたび高い所へくみ上げるポンプにあたる

回路図と測定器

電圧 V6V

抵抗 R3Ω

💡 スライダーで確かめられること

①電圧を2倍にすると、電流も2倍になる

②抵抗を2倍にすると、電流は半分になる

③電流計は回路に直列に、電圧計は抵抗の両はしに並列につなぐ

④抵抗が1つだけなので、電圧計には電池の電圧がそのまま表れる

オームの法則をグラフで

オームの法則

V = I × R

電圧（V）＝電流（A）×抵抗（Ω）。抵抗が一定なら、電流は電圧に比例する

電流を求める

I = VR

電流（A）＝電圧（V）÷抵抗（Ω）

直列つなぎと並列つなぎ

直列つなぎ

R_全 = R₁ + R₂ + ...

電流はどこでも同じで、全体の電圧を各抵抗が分け合う。抵抗をふやすほど全体の抵抗は大きくなる

並列つなぎ

1R_total = 1R₁ + 1R₂ + ...

各抵抗に加わる電圧は同じで、全体の電流が枝分かれして流れる。抵抗をふやすほど全体の抵抗は小さくなる

💡 直列と並列を身のまわりで

①直列：1列につないだ豆電球は、1つが切れるとすべて消える

②並列：家の電気器具は並列につながっているので、1つを消してもほかはついたままである

③そのため、どのコンセントにも同じ電圧（日本では100 V）がかかる

④並列に器具をふやすほど全体の電流が大きくなるので、テーブルタップに一度にたくさんつなぐのは危険である

まとめ

オームの法則の3つの形

V = IR, I = V/R, R = V/I

電圧・電流・抵抗のうち2つがわかれば、残りの1つを求められる

🎯 テストでよく問われること

①オームの法則 V = IR。抵抗が一定なら電流は電圧に比例する

②横軸I・縦軸Vのグラフでは、傾きが大きいほど抵抗が大きい

③直列：電流は同じ、電圧は分かれ、全体の抵抗は各抵抗の和

④並列：電圧は同じ、電流は分かれ、全体の抵抗はいちばん小さい抵抗よりも小さい

⑤電流計は直列（内部抵抗が小さい）、電圧計は並列（内部抵抗が大きい）につなぐ

例題と単元テスト

例題 1

3 Ωと5 Ωの抵抗を直列につないだとき、全体の抵抗は何Ωか。

直列つなぎでは電流が2つの抵抗を順に通るので、全体の抵抗は各抵抗の和になる（R = R₁ + R₂）。

3 Ω + 5 Ω = 8 Ω である。

▸ 8 Ω

この回路に8 Vを加えると電流は8 V ÷ 8 Ω = 1 Aで、3 Ωに3 V、5 Ωに5 Vが分かれて加わる。

例題 2

豆電球を直列につないだときと並列につないだときで、それぞれの豆電球に加わる電圧と流れる電流はどうちがうか。

直列つなぎでは電流の道すじが1本しかないので電流はどこでも同じで、電池の電圧を各豆電球が分け合う。

並列つなぎでは各豆電球が電池に直接つながるので同じ電圧が加わり、電流は枝分かれして流れる。

▸ 直列は電流が同じで電圧が分かれる。並列は電圧が同じで電流が分かれる

そのため同じ豆電球でも、並列につないだ方が明るい。それぞれに電池の電圧がすべて加わるからである。

単元テスト類題

電気回路の直列・並列接続についての説明として正しいものは？

①直列接続では全体の抵抗は各抵抗の和である

②直列接続では電球ごとに電流が異なる

③並列接続では電球ごとに電圧が異なる

④直列接続では1つの電球が切れても他は点灯する

⑤オームの法則はV = I ÷ Rである

▸ ① 直列接続では全体の抵抗は各抵抗の和である

直列接続では抵抗が足し合わさるので、全体の抵抗 = R₁ + R₂ + ...である。

直列は電流がどこでも同じで（②）、並列は電圧が同じで（③）、直列は1か所切れると全部消え（④）、オームの法則はV = IRである（⑤）。

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電気の発生