電流でんりゅう と 電圧でんあつ (回路かいろ・オームの法則ほうそく・直列ちょくれつ並列へいれつ・電力でんりょく)

この章しょうで学まなぶこと

中なか 2 物理ぶつりの中心ちゅうしんは 電でん気き です。 中なか 1 では 「光ひかり・音おと・力ちから」 を学まなびましたが、 中なか 2 では 目めに見みえない電でん流りゅう を、 数すう式しき とグラフで扱あつかえるようになります。

• 回路かいろ (直ちょく列れつ・並へい列れつ) の書かき方かたと読よみ方かたを身みにつける
• 電流でんりゅう (A)・電圧でんあつ (V)・抵抗ていこう (Ω) の違ちがいを説せつ明めい できる
• オームの法則オームのほうそく (V = I × R) を使つかって計算けいさんできる
• 直列回路ちょくれつかいろ と 並列回路へいれつかいろ での電流でんりゅう・電圧でんあつ・抵抗ていこうの関かん係けい が言いえる
• 電力でんりょく (W) と 電力量でんりょくりょう (Wh, J) の計算けいさんができる
• 電流でんりゅう計けい・電圧でんあつ計けい のつなぎ方かたを守まもれる
• 感電かんでん・短たん絡らく (ショート) の防止ぼうしルールを知しる

ポイント: 電でん流りゅう は目めに見みえないので、 「水すいの流ながれ」 に例たとえると分わかりやすい。 電でん流りゅう = 水みずの流ながれる量りょう、 電でん圧あつ = 水みずを押おし流ながす力りょく (高たかさ)、 抵抗ていこう = パイプの細ほそさ。 このアナロジーアナロジー を使つかって全体ぜんたいをつかみましょう。

1. 電気でんきと回路かいろの基き本ほん

電でん気き とは

電でん気き (電でん流りゅう) は、 「− の電でん気き を持もつ電でん子し が動うごくこと」 です。 中なか 2 では 「電でん流りゅう」 として扱あつかいます。

回路かいろの基き本ほん

電でん流りゅう が流ながれる 「道みち筋すじ」 を 回路かいろ と呼よびます。 回路かいろが 1 つの輪わ (ループ) になっていないと、 電でん流りゅう は流ながれません。

部品ぶひん	役やく割わり	記き号ごう (回路かいろ図ず)
電でん源げん (電でん池ち・電でん源げん装そう置ち)	電でん圧あつ を与あたえる	長ながい線せん が +、 短みじかい線せん が −
豆まめ電でん球きゅう・抵抗ていこう器き	電でん気き を消しょう費ひ する	× 印しるしや長方ほう形けい
ススイイッッチチ	流ながれを切きり替かえる	開ひらく・閉
電でん流りゅう計	電でん流りゅう (A) をはかる	円えん + A
電でん圧あつ計	電でん圧あつ (V) をはかる	円えん + V
導どう線せん	流ながれの道みち筋すじ	直ちょく線せん

回路かいろ図ずの書かき方かたルール

ルール	説せつ明めい
部品ぶひんを 記き号ごう で書かく	写真しゃしんではなく統一とういつされた記き号ごう で
直ちょく線せん でつなぐ	曲まげたり斜ななめにしたりしない
正せい方ほう形けい か長ちょう方ほう形けい の枠わく で囲かこむ	全体ぜんたいを整理せいり
電でん源げん を左上ひだりうえか下しも に置おく	慣例かんれい

直流ちょくりゅうと交流こうりゅう

タイプ	説せつ明めい	例れい
直流ちょくりゅう (DC)	電でん流りゅう が一いっ方ぽう向こう	乾いぬい電でん池ち・スマホのバッテリー
交流こうりゅう (AC)	電でん流りゅう が周しゅう期き的てき に向むきを変かえる	家か庭てい のコンセント (50/60 Hz)

中なか 2 で学まなぶのはほぼ 直ちょく流りゅう です。

大事だいじ: 回路かいろは 必かならず 1 つの輪わ になっていないと電でん流りゅう が流ながれない。 どこか 1 つでも切きれると電でん流りゅう = 0。 スイッチを開あければ、 それだけで電でん球きゅう が消きえるのはこのため。

2. 電流でんりゅうと電圧でんあつと抵抗ていこう

電流でんりゅう (A) とは

1 秒びょう間かん に流ながれる電でん気き の量りょう。 単たん位い は アンペア (A)。 1 A = 1000 mA (ミリアンペア)。

例れい	流ながれる電でん流りゅう
LED ライト	約やく 0.02 A (= 20 mA)
スマホ充じゅう電でん	約やく 1 〜 2 A
ドライヤー	約やく 10 A

電圧でんあつ (V) とは

電でん流りゅう を流ながそうとする力ちから。 単たん位い は ボルト (V)。 「水みずの高たかさ」 に相そう当とう します。

例れい	電でん圧あつ
乾いぬい電でん池ち (1 本ほん)	1.5 V
角かく型がた電でん池ち	9 V
家か庭てい のコンセント	100 V (日本にっぽん)
高圧こうあつ送電そうでん線せん	何なん万まん V 以上いじょう

抵抗ていこう (Ω) とは

電でん流りゅう を妨さまたげる性せい質しつ。 単たん位い は オーム (Ω)。 「パイプの細ほそさ」 に相そう当とう します。

物質ぶっしつ	抵抗ていこう
銅どう・アアルルミミ	とても小ちいさい (= 良よい導どう体たい)
鉄てつ	中なかくらい
ニクロム線せん	大おおきい (発熱はつねつを利用りよう)
ガラス・ゴム	とても大おおきい (= 絶縁ぜつえん体たい)

3 つの関かん係けい (水すいのアアナナロロジジーー)

電でん気き	水みず
電圧でんあつ (V)	水みずの高たかさ・水すい圧あつ
電流でんりゅう (A)	流ながれる水みずの量りょう (秒間びょうかん)
抵抗ていこう (Ω)	パイプの細ほそさ
電でん源げん	ポンプ
抵抗ていこう器き	細ほそいパイプや砂じゃ利り

ポイント: 電でん圧あつ が大おおきいほど電でん流りゅう が流ながれる。 抵抗ていこうが大おおきいほど電でん流りゅう は流ながれにくい。 この関かん係けい が オームの法ほう則そく です。

3. オームの法ほう則そく

ドイツの オーム が 1827 年ねんに発はっ見けん した法ほう則そく。

電でん圧あつ (V) = 電でん流りゅう (I) × 抵抗ていこう (R)

公式こうしきの 3 形けい態たい

求もとめるもの	公式こうしき
電でん圧あつ V	V = I × R
電でん流りゅう I	I = V ÷ R
抵抗ていこう R	R = V ÷ I

計算けいさんのれい

問題もんだい	解とき方かた
電でん圧あつ 6 V、 抵抗ていこう 3 Ω → 電でん流りゅう?	I = 6 ÷ 3 = 2 A
電でん流りゅう 0.5 A、 抵抗ていこう 20 Ω → 電でん圧あつ?	V = 0.5 × 20 = 10 V
電でん圧あつ 12 V、 電でん流りゅう 0.4 A → 抵抗ていこう?	R = 12 ÷ 0.4 = 30 Ω

グラフで見みるオームの法ほう則そく

電でん圧あつ V を横よこ軸じく、 電でん流りゅう I を縦たて軸じく に取とると、 抵抗ていこうが一定いっていの物ぶっ質しつ (オームの法ほう則そく に従したがう物ぶっ質しつ) では 直線ちょくせん になります。

抵抗ていこう R	グラフの傾きかたむき
小ちいさい (R = 5 Ω)	急きゅう (V を少すこし上あげるだけで I が大おおきく増ふえる)
大おおきい (R = 50 Ω)	ゆるやか (V を大おおきく上あげても I はあまり増ふえない)

大事だいじ: オームの法ほう則そく は 「直線ちょくせん関かん係けい」。 電球でんきゅうのフィラメントのように高こう温おん で抵抗ていこうが変かわる物体ぶったいでは、 グラフが曲きょく線せん になります (発展はってん内容ないよう)。

4. 直列ちょくれつ回路かいろと並列へいれつ回路かいろ

直列ちょくれつ回路かいろ

部品ぶひんを 1 列れつにつなぐ 回路かいろ。

量りょう	ルール
電でん流りゅう	どこでも 同おなじ (I = I₁ = I₂)
電でん圧あつ	足たし算ざん (V = V₁ + V₂)
抵抗ていこう	足たし算ざん (R = R₁ + R₂)

並列へいれつ回路かいろ

部品ぶひんを 枝分えだわかれさせてつなぐ 回路かいろ。

量りょう	ルール
電でん流りゅう	足たし算ざん (I = I₁ + I₂)
電でん圧あつ	どこでも 同おなじ (V = V₁ = V₂)
抵抗ていこう	「逆数ぎゃくすうの和わ」 (1/R = 1/R₁ + 1/R₂)、 全体ぜんたいでは 1 つの抵抗ていこうより 小ちいさく なる

直列ちょくれつと並列へいれつの比較ひかく表ひょう

観点かんてん	直列ちょくれつ	並列へいれつ
つなぎ方かた	1 列れつ	枝分えだわかれ
電流でんりゅう	同おなじ	足たし算ざん
電圧でんあつ	足たし算ざん	同おなじ
抵抗ていこう	足たし算ざん	1 つより小ちいさい
1 つこわれたら	全部ぜんぶ消きえる	他たは動うごく
例れい	古ふるい豆まめ電でん球きゅう の飾かざり、 ヒューズ	家か庭てい のコンセント

計算けいさんのれい (直列ちょくれつ)

「3 Ω と 6 Ω を直列ちょくれつ、 全体ぜんたいに 9 V」

ステップ	計算けいさん
全体ぜんたいの抵抗ていこう	R = 3 + 6 = 9 Ω
流ながれる電でん流りゅう	I = 9 ÷ 9 = 1 A
各かく抵抗ていこうの電でん圧あつ	V₁ = 1 × 3 = 3 V、 V₂ = 1 × 6 = 6 V
確認かくにん	V₁ + V₂ = 9 V ✓

計算けいさんのれい (並列へいれつ)

「3 Ω と 6 Ω を並列へいれつ、 全体ぜんたいに 6 V」

ステップ	計算けいさん
各かく抵抗ていこうを流ながれる電でん流りゅう	I₁ = 6 ÷ 3 = 2 A、 I₂ = 6 ÷ 6 = 1 A
全体ぜんたいの電でん流りゅう	I = I₁ + I₂ = 3 A
全体ぜんたいの抵抗ていこう	R = 6 ÷ 3 = 2 Ω (3 と 6 より小ちいさい)

ポイント: 直列ちょくれつ = 「電でん流りゅう が同おなじ」、 並列へいれつ = 「電でん圧あつ が同おなじ」 を出しゅっ発ぱつ点に考かんがえると迷まよわない。 抵抗ていこうの計算けいさんはそこから導みちびきます。

5. 電力でんりょくと電力でんりょく量りょう

電力でんりょく (W) とは

1 秒びょう間かん に消しょう費ひ する電でん気き の量りょう。 単たん位い は ワット (W)。

電力でんりょく (W) = 電圧でんあつ (V) × 電流でんりゅう (A)

公式こうしきの変形へんけい

求もとめるもの	公式こうしき
電力でんりょく P	P = V × I
電力でんりょく P (オームの法ほう則そく と組み合わせくみあわせ)	P = V² ÷ R = P = I² × R

例れい

機器きき	電でん圧あつ	電でん流りゅう	電力でんりょく
LED 電球でんきゅう	100 V	0.05 A	5 W
スマホ充じゅう電でん	5 V	2 A	10 W
ドライヤー	100 V	12 A	1200 W
電でん気き ポット	100 V	12 A	1200 W
エアコン	100 V	10 A	1000 W

電力でんりょく量りょう (Wh, J) とは

全体ぜんたいで使つかった電でん気き の量りょう = 電力でんりょく × 時じ間かん。

単たん位い	説せつ明めい
ワット秒びょう (J、 ジュール)	W × 秒びょう、 1 秒びょう間かん に 1 W で 1 J
ワット時じ (Wh)	W × 時じ間かん、 1 時じ間かん に 1 W で 1 Wh = 3600 J
キロワット時じ (kWh)	1000 Wh、 電でん気き代だい の単たん位い

計算けいさんのれい

「1200 W のドライヤーを 5 分ぶん (= 1/12 時じ間かん) 使つかうと」

ステップ	計算けいさん
電力でんりょく量りょう (Wh)	1200 × (1/12) = 100 Wh
電力でんりょく量りょう (kWh)	0.1 kWh
電でん気き代だい (約やく 30 円えん/kWh)	0.1 × 30 = 約やく 3 円えん

熱量ねつりょうとしての計算けいさん

電力でんりょく (W) で動うごく抵抗ていこう器きが出だす 熱ねつ はジュール数すうで表あらわせます。

熱量ねつりょう Q (J) = 電力でんりょく P (W) × 時じ間かん t (秒びょう)

例れい	計算けいさん
100 W の電でん気き ストーブを 1 分ぶん (60 秒びょう)	100 × 60 = 6000 J
1000 W の電でん気き ポットを 5 分ぶん (300 秒びょう)	1000 × 300 = 300,000 J

大事だいじ: 「電力でんりょく (W) は力ちからの強つよさ、 電力でんりょく量りょう (Wh) は全部ぜんぶで使つかった量りょう」。 ドライヤー (1200 W) は一瞬いっしゅんで大おおきな電でん気き を消しょう費ひ するが、 短みじか時じ間かん で終おわるので 1 か月げつの電でん気き代だい はそれほど大おおきくない。 24 時じ間かん つけっぱなしのエアコンや冷蔵庫れいぞうこの方ほうが高たかくなる。

6. 電流でんりゅう計けいと電圧でんあつ計けい

つなぎ方かたの基き本ほん

計器けいき	つなぎ方かた	理り由ゆう
電でん流りゅう計	直ちょく列れつ につなぐ	流ながれる量りょうをそのままはかる
電でん圧あつ計	並へい列れつ につなぐ	部品ぶひんの両りょう端たん の差さ をはかる

端たん子し の選えらび方かた

電でん流りゅう計と電でん圧あつ計には 複数ふくすうの端たん子し があります (5 A・500 mA・50 mA など)。

手て順じゅん	やること
①	最大さいだいの端たん子し からつなぐ (5 A なら 5 A 端たん子し)
②	針はりが振ふれた量りょうを見みて、 必ひつ要よう なら小ちいさい端たん子し に切きり替かえる
③	針はりの位い置ち と端たん子し に合あった目盛もりを読よむ

注ちゅう意い点てん

ルール	やってはいけないこと
電でん流りゅう計を並列へいれつにつながない	大だい電でん流りゅう が一気いっきに流ながれてこわれる
電でん源げん に直接ちょくせつつながない	必かならず部品ぶひんを挟はさんでから電でん源げん へ
+ と − をまちがえない	針はりが逆ぎゃくに振ふれる、 こわれる原因げんいん
小ちいさい端たん子し から始はじめない	大だい電でん流りゅう が来くると振ふり切きれてこわれる

目盛もりの読よみ方かた

端たん子し	目盛もりの最大さいだい値ち
5 A	5
500 mA	500 (mA で読よむ)
50 mA	50 (mA で読よむ)

ポイント: 端たん子し の数すう字じ と目盛もりの数すう字じ が一いっ致ち するとは限かぎらない (15・150 という目盛めもりを、 5 A 端たん子し なら 5 と読よむ等とう)。 必かならず 「どの端たん子し を使つかっているか」 を確たしかめてから読よみます。

7. 安全あんぜん — 感電かんでん ・ 短たん絡らく注ちゅう意い

電でん気き の実じっ験けん では、 感電かんでん・シショョーートト (短たん絡らく)・発はっ火か の 3 つに注ちゅう意い が必ひつ要よう です。

感電かんでん防止ぼうしの基き本ほん

ルール	理り由ゆう
電でん源げん を切きってから配はい線せん する	通電つうでん中ちゅうに触さわると感電かんでん
ぬれた手て で触さわらない	水みずは電でん気き を通とおす → 感電かんでん
コンセントの 100 V を直接ちょくせつ使つかわない	学校がっこうの実じっ験けん は必かならず電でん源げん装そう置ち (低ひく電でん圧あつ) で
金きん属ぞく製せいのアアククセセササリリーー を外はずす	不意ふいに回路かいろに触ふれてショート

ショート (短たん絡らく) の防止ぼうし

シショョーートト とは、 電でん源げん の + と − を 抵抗ていこうを通とおさずに直接ちょくせつつなぐ こと。 大だい電でん流りゅう が一気いっきに流ながれ、 導どう線せん が焼やけ切きれたり火災かさいの原因げんいんになったりします。

防止ぼうし方法ほうほう	説せつ明めい
必かならず 抵抗ていこう (豆まめ電でん球きゅう・抵抗ていこう器き等とう) を入いれる	電でん流りゅう を制せい限げん
配はい線せん をよく確認かくにん してから電でん源げん を入いれる	金きん属ぞく が別べつの場所ばしょに触ふれていないか
裸はだか線せんをつながない	必かならずビニル被ひ覆ふく の導どう線せん
電でん源げん装そう置ち の電でん圧あつ を 0 から上あげる	急きゅうに高こう電でん圧あつ にしない

発火はっか ・ 焼損しょうそんの防止ぼうし

場面ばめん	注ちゅう意い
抵抗ていこう器きが熱あつくなる	触さわらない、 長ちょう時じ間かん通電つうでんしない
ニクロム線せん (発熱はつねつ用よう)	紙かみや布ぬの に近ちかづけない、 周まわりを片付づける
電でん源げん装そう置ち の過か電でん流りゅう	ヒューズが飛とぶ → 必かならず先せん生せい に報ほう告こく

事じ故こ が起おきたとき

場面ばめん	やること
感電かんでんした	すぐに電でん源げん を切きる → その後ごで救きゅう助じょ、 先せん生せい に報ほう告こく
焼やけ切きれた線せん	触さわらない (高温こうおん)、 電でん源げん を切きってから先せん生せい に報ほう告こく
火ひが出でた	水すいはかけない (感電かんでんの危き険けん)、 電でん源げん を切きり、 乾かん燥そう砂や消しょう火か器きで消けす

大事だいじ: 電でん気き の事じ故こ は 音おんや匂におい で気きづくことが多おおい (パチッという音おと、 焦こげた匂におい)。 異い常じょう を感かんじたら すぐに電でん源げん を切きり、 触さわらずに先せん生せい に報ほう告こく します。 ぬれた手て で触さわらないことも必かならず守まもる。

まとめ

• 回路かいろ は 1 つの輪わ でないと電でん流りゅう が流ながれない
• 電流でんりゅう (A) = 流ながれる量りょう、 電圧でんあつ (V) = 流ながそうとする力ちから、 抵抗ていこう (Ω) = 流ながれを妨さまたげる性せい質しつ
• オームの法則オームのほうそく: V = I × R。 1 つ分わかれば残のこり 2 つも計算けいさんできる
• 直列回路ちょくれつかいろ: 電でん流りゅう同おなじ・電でん圧あつ足たし算ざん・抵抗ていこう足たし算ざん
• 並列回路へいれつかいろ: 電でん圧あつ同おなじ・電でん流りゅう足たし算ざん・全ぜん抵抗ていこうは各かく抵抗ていこうより小ちいさい
• 電力でんりょく (W) = V × I、 電力量でんりょくりょう (Wh, J) = 電力でんりょく × 時じ間かん
• 電でん流りゅう計 = 直列ちょくれつ、 電でん圧あつ計 = 並列へいれつ。 大おおきい端たん子し からつなぐ
• 安全あんぜん: 感電かんでん・ショート・発はっ火か に注ちゅう意い。 電でん源げん を切きってから配はい線せん、 ぬれた手て厳げん禁きん

次の章しょうでは、 この電でん流りゅう が 磁じ界かい とどうかかわるか (電磁でんじ誘導ゆうどう・モーター) を学まなびます。

まとめ — 電流でんりゅうと電圧でんあつを 3 行くだりで

• 電流でんりゅう (A) ・電圧でんあつ (V) ・抵抗ていこう (Ω) は オームの法則オームのほうそく $V=I\times R$ で結むすばれ、 1 つわかれば残のこり 2 つも計算けいさんできる
• 直列回路ちょくれつかいろ は電流でんりゅうが同おなじで電圧でんあつと抵抗ていこうは足たし算ざん、 並列回路へいれつかいろ は電圧でんあつが同おなじで電流でんりゅうは足たし算ざん・全ぜん抵抗ていこうは各かく抵抗ていこうより小ちいさい
• 電力でんりょく (W) = $V\times I$、 電力量でんりょくりょう (Wh, J) = 電力でんりょく × 時間じかんで、 電流でんりゅう計けいは直列ちょくれつ・電圧でんあつ計けいは並列へいれつにつなぐのが配線はいせんの基本きほんである