電流と電圧とは? オームの法則とは?

電流

乾電池の+と-に豆電球をつなぐと、電気が+から-ヘ流れて、豆電球がともります。
この電気の流れを電流と言い、流れる電気の多少を電流の強さとよびます。

強い電流と言えば、電気が多く流れていることであり
弱い電流と言えば、少し流れていることです。

電流は、目で直に見ることはできません。
しかし、これを水の流れにたとえて考えると、わかりやすくなります。

大きな川ではたくさんの水が流れ、小さな川では少ししか流れません。
大きな川の流れは強い電流にあたり、小さな川の流れは、弱い電流にあたります。

また、池やダ厶にたまっている水は、摩擦電気(静電気)にあたります。




電圧

水が流れるのは、水面の高さが違うためです。
水面の高さが違えば水圧も違い、水圧の高いほうから低いほうへ水が流れます。

電流の場合には、水圧にあたるものを電圧と言います。
水圧が水流を起こす原因となるように、電圧は電流を起こす原因となる力です。

電池の+というのは、電圧が高いほうで、-というのは、電圧の低いほうです。

2つの水槽に、水圧の差がいくらあっても
それをつなぐ、パイプが細ければ、水流も少ないように
電圧がいくらあっても、+と-をむすぶ線によって、電流の強さは違ってきます。

電流と電圧の単位

電流の強さをくわしく測るには電流計で測り、アンペア(A)という単位であらわします。
100ワッ卜の電球に流れる電流は、100ボルトの電圧がかかっているとき1アンペアです。

電圧は、電圧計で測り、ボルト(V)という単位であらわします。
単一・単二などの乾電池の電圧は1.5ボルト、家庭にきている電圧は100ボルトです。

電圧が高いほど、電気を流す力が強いので危険になります。
家庭にきている電気に手をふれると、体に電気がながれてビリビリと感じます。
50ボルト以上の電圧のものは、体に直接ふれないように、注意しましょう。

電池のつなぎ方と電圧

電池のつなぎ力には、直列と並列があります。
直列つなぎは、水にたとえると、水槽を何個も積み重ねたようなものです。

水槽を積み重ねるほど水圧が増すように、電池の列直つなぎでは
両はしの電圧は、それぞれの電池の電圧の和に等しくなります。

したがって、両はしに豆電球をつなぐと
強い電流が流れて明るくなりますが、電池の電気は速くなくなります。

並列つなぎは、水槽を同じ高さのところで
横にならべてつないだようなもので水圧は、1個のときとかわりません。

ただし、1個のときより、長いあいだ水が流れます。
電池の並列つなぎでも同じです。

電流と電圧の関係

水圧が大きくなれば、水流の勢いが強くなります。
これと同じように、電圧が高くなるほど、電流も強くなります。

実験

直流電流計(1アンペア用)、直流電圧計(10ボルト用)単一乾電池3~4個
エナメル線、300ワッ卜用ニクロム線を用意します。

ニクロム線・直流電流計・直流電圧計・乾電池を
図のようにつないで回路をつくったときの
電流計・電圧計の針のふれをよんで記録します。

bandicam 2015-04-19 14-49-58-085-min

つぎに、乾電池の数を、2個・3個……と直列につなぎ
それぞれの場合で、電流の強さと電圧の大きさを測って記録します。

実験の結果をグラフにしてみると
これらの点は、図のように、原点を通る1本の直線上にならびます。

bandicam 2015-04-19 14-51-45-511-min

このことから「電流の強さは、加える電圧に比例する」ことがわかります。
つまり、電圧が2倍・3倍……となれば、電流の強さも2倍・3倍……となるわけです。

いま、ニクロム線に加える電圧をEボルト
そのときの電流の強さをIアンペアとすれば、この関係は左のような式であらわされます。

E∝I(∝は比例することをあらわす記号)
比例定数をRとすると E=I×Rとなります。
このときのRは、電気抵抗または抵抗とよび、電気の流れにくさをあらわします。



オームの法則

ニクロム線に電流を流したとき、電圧・電流・電気抵抗のあいだには

E = I × R ………… ①

(電圧=電流×電気抵抗)

という関係があることがわかりました。
これをオームの法則と言います。

オームの法則をあらわす①の式に、つぎのようにも変えられます。

I = E ÷ R(電流=電圧÷電気抵抗)…………②

R = E ÷ I (電気抵抗=電圧÷電流)…………③

この3つの式は、つぎのような計算のもとになります。

(a)電圧がもとめられる

6ボルトの電圧に、電気抵抗5オームの豆電球をつなぐと
1.2アンペアの電流が流れます。

いま、このうち電気抵抗の値と電流の強さがわかっている場合は
①の式から電圧がもとめられます。

1.2(I)×5(R)=6(E)
と、計算によって、6ボルトがでます。

(b)電流の強さがもとめられる

電圧と電気抵抗かわかっていると②の式から電流の強さがもとめられます。

6(E)÷ 5(R)=1.2(I)

(c)電気抵抗がもとめられる

電圧と電流の強さがわかっていると、③の式から電気抵抗がもとめられます。

6 (E)÷ 1.2(I)= 5(R)

オームの法則は、かんたんなものですが
いろいろな電気の計算のもとになる、大切な法則です。







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