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 学がく 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 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 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 使し 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 言げん 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 守まもり 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 知ち 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 分ぶん 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 力ちから (高だか 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 使し 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 持じ つ電でん子し が 動どう 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 れ る 「道みち筋すじ」 を 回路かいろ と 呼こ 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 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	長ちょう い線せん が +、 短たん 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 れ の 道みち筋すじ	直ちょく線せん

回路かいろ図ず の 書しょ 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 書しょ 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	曲きょく げ た り 斜はす 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 向むこう き を 変へん え る	家か庭てい の コンセント (50/60 Hz)

中なか 2 で 学がく 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 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 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 開ひらき け れ ば、 そ れ だ け で 電でん球きゅう が 消しょう 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 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 高こう 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 小しょう さ い (= 良りょう い 導どう体たい)
鉄てつ	中なか く ら い
ニ ク ロ ム 線せん	大だい き い (発熱はつねつ を 利用りよう)
ガラス・ゴム	と て も 大だい 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 高こう さ・水すい圧あつ
電流でんりゅう (A)	流ながれ 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 大だい き い ほ ど 電でん流りゅう が 流ながれ れ る。 抵抗ていこう が 大だい き い ほ ど 電でん流りゅう は 流ながれ 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 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	解かい 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 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
小しょう さ い (R = 5 Ω)	急きゅう (V を 少しょう し 上うえ げ る だ け で I が 大だい き く 増まし え る)
大だい き い (R = 50 Ω)	ゆ る や か (V を 大だい き く 上うえ げ て も I は あ ま り 増まし 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 同どう じ (I = I₁ = I₂)
電でん圧あつ	足あし し算ざん (V = V₁ + V₂)
抵抗ていこう	足あし し算ざん (R = R₁ + R₂)

並列へいれつ回路かいろ

部品ぶひん を 枝えだ分ぶん 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	足あし し算ざん (I = I₁ + I₂)
電でん圧あつ	ど こ で も 同どう 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 小しょう 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	枝えだ分ぶん か れ
電流でんりゅう	同どう じ	足あし し算ざん
電圧でんあつ	足あし し算ざん	同どう じ
抵抗ていこう	足あし し算ざん	1 つ よ り 小しょう さ い
1 つ こ わ れ た ら	全部ぜんぶ消しょう え る	他た は 動どう く
例れい	古いにしえ 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 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 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 小しょう さ い)

ポイント: 直列ちょくれつ = 「電でん流りゅう が 同どう じ」、 並列へいれつ = 「電でん圧あつ が 同どう 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 導しるべ 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 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 組くみ み 合ごう 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 使し 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) 使し 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 動どう く 抵抗ていこう器き が 出で す 熱ねつ は ジュール 数かず で 表ひょう 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 使し っ た 量りょう」。 ド ラ イ ヤ ー (1200 W) は 一瞬いっしゅん で 大だい 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 終おわり わ る の で 1 か 月つき の 電でん気き代だい は そ れ ほ ど 大だい 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 方かた が 高こう 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 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 選せん 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 小しょう 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 合ごう っ た 目盛もり を 読 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 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 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
小しょう 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 来き る と 振ふ り切きれ て こ わ れ る

目盛もり の 読 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 む)
50 mA	50 (mA で 読 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 む 等とう)。 必 ず 「ど の 端たん子し を 使し っ て い る か」 を 確 か め て か ら 読 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 切せつ 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 通つう す → 感電かんでん
コ ン セ ン ト の 100 V を 直接ちょくせつ使し わ な い	学校がっこう の 実じっ験けん は 必 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 触さわ 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 通つう 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 れ、 導どう線せん が 焼やき け 切せつ 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 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 入いり 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 入いり れ る	金きん属ぞく が 別べつ の 場所ばしょ に 触さわ れ て い な い か
裸はだか線せん を つ な が な い	必 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 上うえ 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 熱ねつ 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 近きん づ け な い、 周しゅう 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 飛とび ぶ → 必 ず 先せん生せい に 報ほう告こく

事じ故こ が 起おこし 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 切せつ 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
焼やき け 切せつ れ た 線せん	触さわ ら な い (高温こうおん)、 電でん源げん を 切せつ 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 切せつ り、 乾かん燥そう砂 や 消しょう火か器き で 消しょう 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、 焦あせ げ た 匂におい い)。 異い常じょう を感かんじ た ら す ぐ に 電でん源げん を 切せつ 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 ず 守まもり 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 れ な い
• 電流でんりゅう (A) = 流ながれ れ る 量りょう、 電圧でんあつ (V) = 流ながれ そ う と す る 力ちから、 抵抗ていこう (Ω) = 流ながれ れ を 妨 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 分ぶん か れ ば 残ざん 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 じ・電でん圧あつ足 し算ざん・抵抗ていこう足あし し算ざん
• 並列回路へいれつかいろ: 電でん圧あつ同 じ・電でん流りゅう足 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 小しょう 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。 大だい 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 切せつ 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 学がく 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