前回は「電気・電流・抵抗のわかりやすい考え方・イメージ 4〜回路をイメージ・電池=電圧=ポンプ・矢印の大きさ・エジソン〜」の話でした。
電圧・電流・抵抗とオームの法則
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電池の直列つなぎ・並列つなぎにおいて、電圧を矢印で表現して考えました。
・電流は、「電池の個数分の高さ=電圧」持ち上げられる
・電池の持ちは変わらない(流れる電流が同じ)
・電流は、「電池1個分の高さ=電圧」持ち上げられる
・電池の持ちは、並列電池の個数分長くなる(流れる電流が減少する)
直列・並列は、電球や抵抗もありますが、電池と同じように電圧を矢印で考えることができます。
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そして、公式として暗記することが多い「オームの法則」の式の意味を考えました。
非常にシンプルな法則・公式である「オームの法則」において、「電圧を主役」とします。
・回路に電圧を発生させる
・発生した電圧は、電流を持ち上げるポンプの様な役割を持つ
・「電池=電圧=ポンプ」が回路にあるイメージ
電流をエイッと持ち上げる(起電力)「ポンプ」の様な役割の電池。
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回路を一周すると「持ち上がった電流の高さ(電圧)」が「同じ高さ(電圧)下がる」ことを考えました。
これらのことが、電圧・電流・抵抗、オームの法則、回路の基本です。
・電圧 = 電流 x 抵抗(オームの法則)
・主役は電圧
・「電池 = ポンプ」が回路に電流を流す
・回路を流れて、一周した電流は「上がった高さ」分下がる(電圧効果)
これらのことを、しっかり理解しましょう。
基本的回路の具体的考え方:回路を描く大事さ
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電圧を主役に考えて、基本的回路を考えてみましょう。
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まずは、「電流が流れる」イメージを描きましょう。
このように、回路を学ぶ際には、「回路自体を描く」様にしましょう。
問題文とかテキストの
回路に電流を描けば、良いんじゃない?
それでも良いですが、「実際に回路を描いてみる」をやりましょう。
すると、必ず理解が深まるでしょう。
定規を使っても、フリーハンドでも良いですが、フリーハンドで描いてみましょう。
少し線が
曲がってもいい?
線が曲がっても、「理解が深まる」方が優先です。
「きれいに」描けなくても良いので、「丁寧に」描いてみましょう。
そして、流れる電流と持ち上がる高さ(電圧)を描きましょう。
・回路自体をフリーハンドで描く
・流れる電流・電流が持ち上がる高さ(電圧)を色鉛筆・マーカー等で描く
試験・テストでは、「問題文に記載されている」回路に電流・電圧などを描きましょう。
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「電流が流れる理由」は、「電池が電圧をかけるから」です。
電圧をかけて、電流をエイッと持ち上げるイメージです。
・電流をエイッと持ち上げて、回路に電流を流す
・持ち上げる高さ = 電圧
・「電池 = ポンプ」のイメージ・電池は力持ち
・電池は切れる(力がなくなる)まで、電流を何度も何度も持ち上げる
一度戻ってきた電流は「高さ(電圧)が0」に戻って、再度電池に持ち上げられます。
回路を分けて考える:閉じた回路
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この回路を上記のように、A,Bの二つの部分に分けて、考えてみましょう。
なんで、
分けて考えるの?
合成抵抗の公式使えば、
すぐ出来るよ!
合成抵抗の公式を使って考えると、素早く解けます。
試験では、その方が良いですが、「しっかりと理解して公式を使う」様にしましょう。
A,Bの部分に分けたのは、それぞれが「閉じた回路」だからです。
「閉じた回路」って
何?
・回路の入口と出口が、つながっている回路
・電流が分かれて、それらの分かれた電流が合流する回路
回路が複雑になっても、「閉じた回路」を考えれば、必ず解けます。
少しずつ、しっかり考えてみましょう。
今回は、公式は使わずに、「どのように電流が流れ、電圧が上がったり下がるか」を考えます。
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分かれる電流をイメージ
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まずは、A の回路を考えましょう。
電池がエイッと持ち上げてくれたので、電流が流れて、Aの回路に流れ込んできます。
流れてくる電流を、少し太く描いてみましょう。
線が分かれるところで、「電流も分かれる」ので、「太い流れの電流が流れてきたイメージ」です。
電流の大きさを「矢印の長さ」で考えても良いでしょう。
慣れるまでは、「矢印の太さ」の方がイメージしやすいと思います。
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川の流れが分岐するイメージです。
流れている川が二手に分かれる時、川の幅は「元の川の幅よりも小さく」なるイメージです。
・電流は回路を「川のように」流れる
・回路が分かれるところで、川と同様に、電流も分かれる(分流)
・電流の強さを「矢印の長さ」か「矢印の太さ」で表現
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電流が分かれるところで、「太い電流」が「細い電流」二つに分かれます。
「川の流れ」をイメージしてみましょう。
合流する電流をイメージ
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一度分かれた電流は、回路を進んで、線が合流するところで「電流も合流する」のです。
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そして、合流して再び「太い電流」になって、回路を流れてゆきます。
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ここで、「一度分かれた電流」の「それぞれの電流」を考えましょう。
それぞれ途中で、電球の持つ「抵抗」によって、電流の高さが下がります。
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「抵抗」は、誰しも嫌なものです。
電流を「川の流れ」で考えた時、「川の途中に大きな岩がある」のをイメージしましょう。
川の流れが、
岩で少し勢いが弱まるね。
この二つの高さは、どうなるでしょうか。
知ってるよ!
同じなんだよね。
「下がる高さ(電圧効果)」は、同じです。
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同じではなかったら、どうなるでしょうか。
「同じだけ電圧が下がる」と
習ったから・・・
「同じではなかったら」は、
考えなかった・・・
「同じではなかったら、どうなるか」を少し考えてみましょう。
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回路を一周して、電池に戻ってきた電流の「持ち上がった高さ」が「違ったら」を考えました。
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この事と同様に、「閉じた回路で、下がる電圧が違ったら」を考えてみましょう。
回路は基本をしっかりイメージして、理解することが本質的で、非常に大事です。
そして、「基本をしっかりイメージ・理解」できれば、問題は全部できるようになるでしょう。
次回は下記リンクです。