前回は「身近な電気の話〜送電線の電線の長さと電流・身近な電線・電柱・日本と世界の比較：送配電ロス〜」の話でした。
電気の明るさ：電圧と電流
今回は、実戦的に問題をやってみましょう。
例年、愛光中は1月上旬に入試を実施しています。
愛光中志望の方には、最後までしっかりやって、合格して欲しいと思います。
愛光はとてもユニークで優秀な方が多く、僕の友人も何人かいます。
愛光中の合格ラインは70%弱で、理科は5題の問題を40分で取り組みます。
2022年の問題は問題文の分量も多く、一題あたり平均8分でやるのは、かなり大変です。
問題文全体を見て、
これから、
やろう！
と、自分の得意な・出来そうな問題を、素早く一題しっかり獲得する力が必要です。
早速やってみましょう。
シンプルな電気の問題です。
電気のまとめにはちょうど良い問題で、「しっかり電流・電気を理解しているか」が分かります。
このように「答えだけで、最も明るい・暗い」問題などは、要注意です。
それは、少し勘違いすると「ほとんど〜全部間違える可能性がある」からです。
四つのうち、
三つは、しっかり出来ていたのに・・・
一つ間違えたら、
ほとんど間違えた・・・
という可能性もありますので、慎重に取り組みましょう。
電圧と電流のイメージ：電圧が電流を流す
それでは、早速一つ一つ回路を考えてゆきましょう。
まずは、電気・電流の問題の考え方の基本です。
回路の問題を考える時は、上のように「電池一つ・電球一つの基本回路」を考えるのが基本です。
この時、この基本回路を「流れる電流を①」と考える考え方もありますが、大事な主役は電圧です。
電気・電流の問題が、難しく感じるのは、電流・電圧・抵抗と三つが出てくるからです。
上の記事でお話ししました通り、「主役は電圧」です。
「電池一つの電圧=①」とおいて、考えましょう。
そして、「電球一つの抵抗=1」と考えましょう。
「電球の抵抗=1」だと無次元のように感じられるので、「違う文字を置く」のが本来の考え方です。
文字を増やすと混乱するので、比較するためには「1」で良いでしょう。
この時、「流れる電流は①」となります。
大事なことは、「電圧も電流も①」ですが、単位が異なるので「本当は違う」ことです。
単位は物理・化学において、非常に大事なことです。
このことは、中学・高校から学べば良いでしょう。
この基本回路を考えるとき、電圧を考えず「電流が①」と考えると、分からなくなることがあります。
大事なことは、まずは「電池一つの電圧が①」であり、「その後に電流を考える」です。
そして、「回路の直列・並列をパターン暗記」することになり、少し変わった問題になると、
分からない・・・
になる可能性があります。
「電圧があって、電流が流れる」ことをしっかり理解しましょう。
電圧と電流を描く：流れる電流をイメージ
図1から各回路を見てゆき、一つずつ流れる電流を考えましょう。
これは、「直列電池・直列電球」の基本タイプですが、しっかり考えましょう。
電池が直列につながっていると、線が一つに真っ直ぐ繋がるので、電圧が2回上がります。
そして、電圧は2倍になります。
電池によって電圧がかかり、電流が流れるイメージをしっかり持ちましょう。
「水路のモデル」がありますが、電圧は電流をエイっと持ち上げるイメージです。
そして、電球を光らせるためには、電球にある抵抗で、電圧が下げられます。
電球が直列に並んでいると、流れる電流は、続けて抵抗を受けるので、抵抗は3となります。
電流が「続けて抵抗をドン、ドン、ドンと受けるイメージ」を持ってください。
すると、回路がわかり、流れる電流が計算できます。
続けて、図2を見てゆきましょう。
同じように、電池で「電圧がグイッと上がる」イメージを持ってください。
電流が流れ、図1と同じように考えて、二つの電球を流れるので「抵抗は2」となります。
電流が流れて、二個の電池が同じように「プラスからマイナスへ電流を流す」イメージです。
二つの電流が流れるから、合計の電流が流れます。
実は、この考え方は、間違いです。
えっ！
間違いだっけ！
電圧：電池で電流が「上がる高さ」をイメージ
合ってそうだけど・・・
どこがおかしいのかな・・・
これは、中学生以上の方でも間違えやすいタイプです。
もう一度考えてみましょう。
上のような電流だと、「何がおかしい」でしょうか。
なにがおかしい、
と言われても・・・
この回路は、
「並列と同じ」と習ったよ。
この回路が「並列と同じと習った」ことも大事かもしれませんが、理由を考えましょう。
回路は、いかようにも作れますので「しっかり基本を理解する」姿勢が大事です。
回路を流れる電流は、「上がった電圧分下がる」ことを思い出してください。
電流が流れて、二つの電球で電圧が下がる（電圧降下）ので、合計すると、
「上がった電圧の2倍の電圧が下がる」ことになり、オカシイのです。
もう一度、考え直してみましょう。
回路が上下にありますが、「閉じた回路」を考えましょう。
回路の電圧は「上がった分と同じ電圧が下がる」ので、上がる電圧は電池一つ分です。
「上がる電圧は電池一つ分」で、抵抗は直列で2だから、電流が求まります。
ですから、「並列電池と同じ」なのです。
そういうこと
なんだ・・・
このように、「回路のパターンを暗記」ではなく、「電圧が主役」でしっかり考えてみましょう。
よく分かった！
もう大丈夫！
僕が手描きで描いているように電流の流れを描いて、「どうなっているのか」を考えましょう。
入試当日には、こういうことが「頭で描ける」のが「時間が短くなる」点では望ましいです。
「頭で描いて上手くゆかず、間違える」ならば、しっかり描いて、理解しましょう。
そして、一つずつ得点するのが良いでしょう。
後半は次回ご紹介します。
