電気抵抗と温度の関係とは? 導体・不導体・半導体とは?

電気抵抗と温度の関係

電気抵抗は、温度によって違います。

ニクロム線やタングステン線のような金属は
温度が高くなるほど電気抵抗が大きくなります。

電球のフィラメントに使われているタングステン線は
ついているときには3000℃ちかくなるので抵抗は、ついていないときの20倍にもなります。

温度を低くしていくと、金属の電気抵抗は、いっぱんに小さくなります。
ところがアルミニウムは、およそ零下255℃、また、水銀では零下270℃のように
ある温度にまで冷やすと、抵抗が急に0になるものがあります。

これを超伝導と言い、超伝導のおこる温度は
それぞれの金属の種類によって決まっています。

超伝導のおこる金属は、その温度以下では、低抗がなくなりますから
なにかの方法で電流が流れはじめると永久に流れ続けることになります。




抵抗器

電気器具では、使い道によって、電気の流れかたを多くしたり
少なくしたりしなければなりません。
そのために、いろいろな抵抗の大きさをもった抵抗器がつくられています。

固定抵抗器は、抵抗の大きさが一定です。
同じ抵抗の大きさでも、電流がたくさん流れるところに使うものは
熱をだして温度があがらないような材料でできたものを使います。

また、スライド抵抗器は抵抗の大きさが線の長さに比例することを利用したものです。

スライド片と抵抗線がふれている場所をかえて
抵抗の大きさがかえられるようになっています。

ラジオ・テレビのつまみをまわすと音が大きくなったり
映像の明るさがかわったりするのは、スライド抵抗器のためです。

電気抵抗のつなぎ方

抵抗のつなぎ方の主なものには、直列つなぎと並列つなぎがあります。

①直列つなぎ

図の(a)のように、抵抗をつぎつぎにつなげるつなぎ方を、縦列つなぎといいます。

bandicam 2015-04-19 15-34-41-067-min

図のように、A・Bを電池につなげたとき、Iアンペアの電流が流れたとしましょう。
これとは別に、同じ乾電池に1本の抵抗Rをつないで
ちょうど(a)と同じ強さの電流Iアンペアが流れるような
抵抗がみつかったとします(c図)。

この抵抗Rは、R1とR2のはたらきとまったく同じです。
そういう意味で、このRの抵抗の大きさをR1とR2の合成抵抗と言います。

くわしい計算によると。
R=R1+R2 という関係があります。

たとえば、20オームと30オームの抵抗を、直列につなげると、
(20+30)=50オームの抵抗が1つだけあるのと同じことになります。

直列につないだ抵抗は、どちらも同じ大きさの電流が流れます。
また、抵抗の両はしには、乾電池の電圧が抵抗の大きさに比例配分されてかかります。

②並列つなぎ

図の(b)のように、左側は左側どうし
右側は右側どうしにつなげるつなぎ方を並列つなぎと言います。

このときも、電池から電気が流れでて、ふたたび電池にながれこんでいます。
だから、電池に1本の抵抗Rがつなげられているのと同じことになります。

R1(Ω)とR2(Ω)の抵抗を並列つなぎにすると

bandicam 2015-04-19 15-46-01-763-min

で計算される抵抗線と同じことになります。
たとえば、20オームと30オームの抵抗を並列にすると

bandicam 2015-04-19 15-47-46-664-min

を計算してR=12オームが合成抵抗です。



導体・不導体・半導体

金属や炭素などのように、電気をよく通すものを電気の導体と言います。
純粋な水は電気が通りにくいのですが
硫酸や食塩などが溶けている水は、電気をよく通します。

これにたいして、電気を通しにくいものが不導体です。
不導体と言っても、電気をまったく通さないわけではありません。

表面が汚れていたり、湿っていたりすると表面を伝わって電気が通りやすくなります。
また、電気の不導体は、熱の不導体でもあります。

不導体は、電気を通しにくいので、電気を必要なところだけに
安全に通すために、絶縁体として使われています。

送電線をつりさげているがいしなどは、絶縁体です。

いろいろな物を電気抵抗の大きさによってわけると、抵抗の非常に小さい導体と
非常に大きい不導体のほかに不純物の量や、光のあたり具合
温度の違いなどの条件で、抵抗の大きさがかわる性質をもったものがあります。

このような性質をもったものには
酸化第一銅・酸化亜鉛・酸化ニッケル・酸化バリウムなどの金属の酸化物のほか
シリコン・ゲルマニウム・セレンなどがあります。

抵抗の大きさが、導体にくらべるとはるかに大きいが
絶縁体にくらべると、かなり電気をよく伝えるので、半導体と言います。

半導体は、金属とは違った特別な性質をもっているので
整流器や、トランジスターに広く利用されています。
真空管と同じはたらきをしますが小形で、電力をあまり使いません。

接触抵抗

2つの針金をふれあわせるとき、おしつけ方の強さによって電気の通りにくさがかわります。
これは、ふれあうところに抵抗ができるためです。
この抵抗を接触抵抗と言い、かなり大きくなることがあります。

接触抵抗が大きいと、電気が通りにくいばかりでなく
その部分から熱をだして、火災や電気器具の故障の原因となることもあります。
線をつなぐときは、表面を磨いたり、よくねじりあわせ、はんだづけをしたりします。

抵抗の調べ方

電気抵抗の大きさをかんたんに測るには、テスターを使います。
テスターのつまみを抵抗計にまわし、1本のテスター棒の先をふれたときに
メーターの針が、ちょうどいっぱいに右にふりきれて
0Ωを指すように0点調節をしておきます。

調節が終わったら、抵抗を調べたい両はしに、テスター棒をふれます。

このとき、メーターの針を読みとれば
その線の抵抗の大きさがもとめられるようにできています。

屋内配線は建物とよく絶縁されていないと火災の原因となります。
絶縁の度合(大きな抵抗の値)を調べるには、メガーという道具を使います。







サブコンテンツ