直列回路では同じ電流が各抵抗を通ると確かめよう

直列回路には電流の分かれ道がありません。抵抗の前・間・後で電流を測ると同じ値になります。一方、電源の電圧は二つの抵抗へ分かれます。この二つの規則を同時に整理します。

このレッスンの役割

第2段階です。前のレッスンで、抵抗を直列に増やすと全体の電流が小さくなる現象を見ました。今回は電流と電圧を回路の場所ごとに測り、合成抵抗の式を導くための証拠をそろえます。次へ「同じI」と「電圧の和」を渡します。

20 Ωと10 Ωを6.0 Vに直列接続すると、回路のどこでも0.20 Aです。20 Ωの両端は4.0 V、10 Ωの両端は2.0 Vで、4.0＋2.0＝6.0 Vになります。

測る量	直列回路の規則	この例
電流	どの場所でも同じ	0.20 A
電圧	各部分の電圧の和が全体	4.0＋2.0＝6.0 V

分岐がないので、単位時間に通過する電気量は途中で変わりません。そのため各抵抗を流れるIは同じです。各抵抗は流れにくさをもち、同じIを流すためにV＝IRの電圧を必要とします。抵抗が大きい20 Ωには4.0 V、小さい10 Ωには2.0 Vがかかります。

電圧は「電流の量」ではなく、電流を流そうとする働きの二点間の差です。各部分での電圧降下を足すと、電源が与えた全体の電圧になります。

15 Ωと5 Ωの直列回路に0.40 Aが流れると、各電圧は15×0.40＝6.0 V、5×0.40＝2.0 V、全体8.0 Vです。

「最初の抵抗で電流が減り、次は小さくなる」は誤りです。電流計を三か所へ順番に直列接続すれば同じ値です。「直列だから電圧も同じ」も誤りで、同じなのはI、分かれるのはVです。

確認1：直列回路の二つの抵抗を流れる電流の関係は？

分岐がないため同じ電流Iが流れます。

確認2：全体6.0 Vで一方が1.5 Vなら、もう一方の電圧は？

6.0−1.5＝4.5 Vです。

確認3：同じ電流が流れるとき、抵抗が大きい方の電圧はどうなりますか？

V＝IRより、抵抗が大きい方に大きな電圧がかかります。

直列回路ではIが共通で、V全体＝V1＋V2です。この二つを組み合わせると、合成抵抗がなぜ足し算になるかを自分で導けます。

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。