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

本番までの限られた時間を、もっと効率よく使いましょう! 以下の記事を、ご覧ください。
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!

                          

2019/08/02

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、電流の流れる道は緑と赤の2つ(下図)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、言えるのかどうか。

 

 

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(黄色)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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