中学受験の理科 電流と電気回路~合成抵抗(中級編)の考え方

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中学受験の理科【偏差値アップの勉強法】合格のカギは4つだけ!

                          

2018/11/05

まず最初に注意していただきたいのですが、このテーマに取り組む場合は「電流と電気回路~この順番で考えれば基本はカンペキ!」を完全に理解してからにしてください。基本が中途半端な状態で取り組んでしまうと、電流と電気回路の全体がさっぱり分からなくなってしまいます。くれぐれも、基本を完璧にすることが第一優先順位であることを決して忘れないでください。

電流と電気回路の基本は、こちらからどうぞ。
⇒ 電流と電気回路

電流と電気回路の基本を思い出しましょう!

たとえば下図の場合、電気回路(電流の通り道)はいくつあるのでしょうか?

初めて質問された生徒は、ほとんど全員が電気回路(電流の通り道)は「2つ」と答えます。なぜ電気回路(電流の通り道)が2つなのかを聞いてみると、下図のように電流の流れる道は緑と赤の2つあると答えるのです。緑と赤は、お互いに全く関係しない別々の電気回路(電流の通り道)だと言えるのでしょうか。

よく見て下さい、電球(抵抗)Aは緑にも赤にも登場しています。同じ1つの電球(抵抗)が、全く関係のない別々の電気回路(電流の通り道)に属することなど出来るのでしょうか。分身の術?

「1つの電球(抵抗)は、必ず1つの電気回路(電流の通り道)に属する」という常識と、「電流はプラスからマイナスに向かってひたすら進み、決してあともどりはしない」という電流のルールに従えば、この電気回路(電流の通り道)をなぞる方法はたった1つで上図のようになります。つまり全体が一体となって1つの電気回路(電流の通り道)を作り上げている点が、初級編とは大きく異なるのです。

 

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電流と電気回路の中級編~合成抵抗とは?

この電気回路に流れる電流を考えるためには、「合成抵抗」という知識を習得する必要があります。まず、下図のような中身の分からない抵抗があったとします。中で電球がどのようにつながっているのかは分かりませんが、電流は全体で「2」流れているので、全体の抵抗は「2分の1」ということになります。

中身は電球(抵抗)の並列つなぎなのですが、結論を言うと電球(抵抗)を並列につないだ時の全体の抵抗は「2分の1」になるということなのです。

では下図の全体の抵抗はどうなるでしょうか。

「1」の抵抗と「2分の1」の抵抗が直列につながっていますから、全体の抵抗は「1+1/2=3/2」となります。ということは電球1つ(抵抗は1)、電池1つ(電圧は1)の場合の電流を1とした場合に比べて、全体の電流は「3分の2」です。

「合成抵抗」の考え方は、まず全体の抵抗から全体の電流を求める点で初級編とは全く異なるのです。「全体→個別」の順に電球(抵抗)に流れる電流の大きさを考えていきます。全体の電流が「3分の2」だと分かれば、各電球(抵抗)に流れる電流の大きさも順に決定します。なお全体の電流が「3分の2」ということは、かん電池に流れる電流も「3分の2」です。

ちなみに以下のように電池が直列で2個つながっていれば、電球(抵抗)を流れる電流の大きさは左から順に「3分の4」、「3分の2」、「3分の2」となります。なお全体の電流が「3分の4」ということは、各かん電池に流れる電流も「3分の4」です。

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