中学受験の理科 電流と電熱線~豆電球と置きかえて考えてみる!

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!

                          

2018/11/05

電気ストーブ(GIF)

電熱線の発熱を新たなテーマだと考えず、豆電球と置きかえて考えましょう。私たちの常識に置きかえて考えたほうが、まちがえが少なくなります。

「電流と電気回路」のテーマで「豆電球」「かん電池」「電池の力」「電流」の関係をしっかりと身につけてから、「電熱線」に取り組んでください。
こちらからどうぞ ⇒ 電流と電気回路

豆電球は「電流のじゃまもの」でした。電流が通りにくい物(フィラメントや電熱線など)は、電圧(電池の力)をかけると無理やり電流を流されて熱が出ます。

熱が出ると、光ります。出てきた光を利用する道具が、豆電球です。熱を利用する道具が、電熱線です。

流れる電流が大きいほど、豆電球は明るく光るし、電熱線は熱くなります。「明るさ」と「熱さ」の違いだけで、しくみ・考え方は同じです。

 

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電気抵抗と電流との関係

電流のじゃまをする事を、正式には「電気抵抗」といいます。抵抗しているのです。じゃまをすればするほど電流は流れにくくなります。

電気抵抗が大きいほど電流は小さくなります。 電気抵抗が2倍・3倍になれば、電流は「2分の1」・「3分の1」になります。逆に電気抵抗が「2分の1」・「3分の1」になれば、電流は2倍・3倍となります。

電気抵抗と電流は反比例します。 反比例という関係に、頭がこんがらかってしまう人がいるかもしれません。じゃまが多ければ流れにくいと、常識的に頭を整理してください。

電熱線の長さ・太さと電気抵抗との関係

1本道に豆電球が多いほど、電流は小さくなりました。じゃまものが多いからです。同じように、1本道の中にある電熱線が長いほど電気抵抗が大きく、電流は小さくなります。

「電熱線が長くなる」という事と「豆電球を直列につなげる」事は、同じだと考えてください。

2個の豆電球を「並列」につなぐと、それぞれに電流が同じ量だけ流れるため、全体の電流は2倍になりました。全体の電流が2倍という事は、言いかえれば「全体の電気抵抗」が「2分の1」になったという事です。

電熱線は太いほど電流が流れやすくなるので、電流は大きくなります。「電熱線が太くなる」という事と「豆電球を並列につなげる」事は、同じだと考えてください。

 

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電流と「電熱線の発熱量」との関係

電流が大きいほど、豆電球は明るいし、電熱線の発熱量は多いです。流れる電流が同じであれば、電気抵抗の大きい電熱線の方が発熱量は多いです。

電熱線の発熱量は、「電流×電流×電気抵抗に正比例する」と覚えておけば良いでしょう。

01 長短太細(GIF)

 

(左上)Bの方が電気抵抗は小さい → 電流が大きい → 発熱量が多い

(左下)Cの方が電気抵抗は小さい → 電流が大きい → 発熱量が多い

(右上)直列だから電流は同じ → Eの方が電気抵抗は大きい → 発熱量が多い

(右下)直列だから電流は同じ → Hの方が電気抵抗は大きい → 発熱量が多い

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