初見資料から一定条件を見抜き発熱を予測しよう

初見問題では「一定電圧」「一定電流」と直接書かれないことがあります。同じ電源の両端へつなぐ、直列回路の各部分を比べる、といった回路図や文章から条件を読み取ります。

このレッスンの役割

「抵抗値と電力の関係」の第6段階です。これまでに条件の問い、実験、式の導出、計算、誤答修正を学びました。今回は初見資料から一定量を見抜き、P・Q・温度上昇まで必要な技能を選びます。次の「エネルギー変換の効率」へ、入力エネルギーを正確に求める力を渡します。

同じ電源の両端へ抵抗を一つずつつなぐなら、各抵抗の電圧が一定です。直列回路の各抵抗を比べるなら、電流が一定です。並列の各枝は電圧一定です。必要なら回路図へVとIを書き込みます。

資料1は12 V電源に6 Ωと12 Ωを一つずつつないだ測定、資料2は各電熱線を180秒使った結果、資料3は同じ100 gの水の温度変化だとします。

電圧一定なのでP＝V²/Rより、6 Ωは24 W、12 Ωは12 Wです。熱量は4320 Jと2160 J。水量・時間・装置条件が同じなら、6 Ω側の温度上昇が大きいと予測できます。

ただし、入力した全電気エネルギーが水だけへ移るわけではありません。電熱線、容器、周囲へも熱が移ります。資料の温度上昇が理想計算より小さくても、すぐに計算ミスとは決めません。

別の資料で6 Ωと12 Ωが直列につながれ、回路電流が0.5 Aなら、P＝I²Rより1.5 Wと3 Wです。今度は12 Ω側の電力が大きくなります。同じ二つの抵抗でも、接続が一定条件を変えたため結論が逆です。

確認1：同じ電源へ一つずつつなぐとき一定なのは何ですか？

各抵抗に加わる電圧です。P＝V²/Rで比較できます。

確認2：直列の各抵抗を比べるとき一定なのは何ですか？

各抵抗を流れる電流です。P＝I²Rで比較できます。

確認3：計算した電気エネルギーと水が得た熱が違うのはなぜですか？

入力エネルギーの一部が電熱線、容器、周囲へ移り、水以外も温めるからです。

初見資料では回路から一定条件を読み、式を選び、時間と受熱側までつなぎます。次は入力のうち目的の働きに使われた割合を考えます。

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。