電圧一定・電流一定の発熱実験を分けて組もう

抵抗と発熱の関係を調べる実験では、電圧一定の実験と電流一定の実験を別々に設計します。両方を一つの表へ混ぜると、抵抗の効果なのか電圧・電流の違いなのか判断できません。

このレッスンの役割

「抵抗値と電力の関係」の第2段階です。前のレッスンで、一定電圧と一定電流では結論が逆になると気づきました。今回は抵抗値だけを変える公平な比較を二種類に分け、安全にV・I・温度変化を測ります。次へ、結果を二つの式で説明する証拠を渡します。

どちらの実験でも、変えるのは抵抗値だけです。電熱線の浸す長さ、容器、水量、初期温度、通電時間、かき混ぜ方をそろえます。実験Aは電圧を一定にし電流を測り、実験Bは調整可能な低電圧装置で電流を一定にし電圧を測ります。

電熱線は温まると抵抗値が変わる場合があります。電源の表示値だけを信じず、通電中の電圧と電流を測りP＝VIを求めます。温度は開始前と終了時を測り、ΔT＝終了温度−開始温度で比べます。

電流計は回路へ直列、電圧計は電熱線の両端へ並列につなぎます。回路の組み替えは電源を切ってから行い、学校の低電圧装置と教師の指示を使います。電熱線や湯へ直接触れません。

実験	変える	一定にする	必ず測る
A	R	V、t、m	V、I、ΔT
B	R	I、t、m	V、I、ΔT

実験Aで6 Ωを6 V、12 Ωを12 Vにすると、抵抗と電圧を同時に変えています。大きな温度差が出ても抵抗だけの効果とは言えません。また、実験Bで同じ電源につないだだけでは、異なる抵抗へ同じ電流が流れる保証はありません。

測定を複数回行い、温度上昇の平均だけでなく、ばらつきも残します。予想に合わない値を消さず、接触不良、計時、温度計位置、熱損失を点検します。

確認1：一定電圧実験で抵抗以外に測る電気量は何ですか？

電流です。実測した電圧と電流からP＝VIを求めます。

確認2：一定電流実験で電圧も測るのはなぜですか？

抵抗ごとに必要な電圧が変わり、P＝VIで電力を確かめるためです。

確認3：抵抗と電圧を同時に変えてはいけないのはなぜですか？

電力や温度上昇の差が、抵抗と電圧のどちらによるか分けられないからです。

二つの実験はRだけを変え、一定にするVまたはIを明示し、実測のVIで電力を比べます。次は結果を式の意味から説明します。

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。