中学受験の理科 電流と電気回路～豆電球の直列と並列の組み合わせ

今回のテーマは基本問題ですが、学習の順番としてまず、「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。

中途半端な状態で取り組むと、時間をムダに使うだけとなってしまう可能性があるため、注意が必要です。

電流と電気回路の基本は、こちらからどうぞ。
⇒ 中学受験の理科 電流と電気回路～この順番で学ぶと基本は完ペキ！

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電流と電気回路～基本の復習

まず、基本の簡単な復習から始めます。上図では、2つの異なる電気回路（電流の通り道）が同時に存在していることは、分かると思います。

黄色と赤色はお互いに関係しませんから、黄色がわの電球が切れても赤色がわの電流は変わりませんし、逆に赤色がわの電球が切れても黄色がわの電流は変わりません。

全体の電流は「黄色＋赤色」なので、かん電池に流れる電流も「黄色＋赤色」です。

少し見方を変えてながめて見ると、電気回路（電流の通り道）全体としては「黄色＋赤色」で流れてきた電流が一度「黄色」と「赤色」に分かれて、ふたたび「黄色＋赤色」に合わさると考えることもできます。

では、「黄色」と「赤色」の電流の大きさは、どのような関係になっているでしょうか。

答えは、「黄色：赤色」＝「2：1」です。

電流は、並列の電気回路に出会うと分かれますが、分かれた先に流れていく電流の大きさは「行き先の抵抗の大きさに反比例する」ということです。

抵抗が大きいほうに流れる電流は少なく、抵抗が小さいほうには多くの電流が流れます。

ここまでをスムーズに理解できたら、次に進んでください。  

電流と電気回路～部分ショート

次は、電流が出会った並列の電気回路で、片方の道は抵抗がゼロだった場合を考えてみます。

片方には全く抵抗がなく、片方だけに抵抗があると、電流はどのような分かれかたをするのでしょうか。

これまでと同じように考えると、「黄色と赤色」の2つが同時に存在している、下図のような電気回路（電流の通り道）を思い浮かべてしまいます。

ところが、全く違うのです。電流が複数の道（行き先）に出会ったとき、1つでも抵抗ゼロの道があれば、電流はすべて抵抗ゼロの道に流れていきます。

抵抗の少ない道であれば、少しくらいは電流が流れてもいいだろうと思うかもしれませんが、抵抗のある道にはいっさい電流が流れることはありません。

結論からいうと、この場合の正しい考え方は、下図のようになります。豆電球Bに流れる電流はゼロですから、ないのと同じなのです。

要するに、この電気回路は、「電池が1つで豆電球も1つ（豆電球A）」の電気回路だということです。

このような導線のつなぎ方を、「部分ショート」といいます。

この考え方は、基本問題ではあまりむずかしくないと思いますが、やや複雑な電気回路になると大変になります。

複雑な電気回路を指でなぞっていく時に、抵抗ゼロの道があれば他の道の「目くらまし」にあうことなく、かん電池の「マイナス方向」へと一直線に指を進める必要があるからです。

複雑な問題を、本番で解く必要はありませんが、ねんのため知識として知っておいてください。

電流と電気回路～豆電球の直列と並列の組み合わせ

最後に、豆電球の直列と並列が組み合わさった場合を考えます。どちらかといえば、「部分ショート」よりも分かりやすいでしょう。

下図のように、豆電球の直列と並列が組み合わさっています。このとき、豆電球A・B・C・Dに流れる電流の大きさは、どのような比になるでしょうか。

まず、豆電球Aを通った電流は、「豆電球Bの道」と「豆電球C・Dの道」に分かれていきます。この時、どちらにも抵抗ゼロの道はありませんから、ある割合でどちらにも電流は流れます。

抵抗の大きさの比は、「豆電球Bの道」：「豆電球C・D」＝１：２ですから、それぞれに流れる電流の大きさは「２：１」となるはずです。

「豆電球A」に流れる電流の大きさ＝「豆電球Bの道に流れる電流」＋「豆電球C・Dの道に曲がれる電流」 ですから、

電流の大きさは、「豆電球A」：「豆電球B」：「豆電球C」：「豆電球D」＝３：２：１：１　となります。

仕上げとして、問題演習に取りくんでみましょう。

【問題演習：スイッチのある電気回路3】
⇒ 中学受験の理科 電流と電気回路～スイッチ回路の問題演習と解説【3】

【問題演習：スイッチのある電気回路4】
⇒ 中学受験の理科 電流と電気回路～スイッチ回路の問題演習と解説【4】

【問題演習：スイッチのある電気回路5】
⇒ 中学受験の理科 電流と電気回路～スイッチ回路の問題演習と解説【5】

次のテーマは、「合成抵抗（中級編）」です。以下の記事を、ご覧ください。
⇒ 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