電流と回路

 

 

電気の世界の基本ルール!オームの法則と回路のしくみ

私たちの身の回りにある電気製品はすべて、電気が決まった通り道(回路)を流れることで動いています。

この電気の流れを支配しているのが、「電流」「電圧」「電気抵抗」という3つの主役と、それらの関係を示す超重要ルール「オームの法則」です。

ここでは、電気の基本から、回路のつなぎ方による違いまでを徹底解説します。

 

1. 電気回路の3つの主役

電気回路を「水の流れるパイプ」に例えると、とても分かりやすくなります。

電流 (I):電気の流れそのもの。

単位: A(アンペア)

水の例え: パイプを流れる水の量。

数値が大きいほど、たくさんの電気が流れている。

電圧 (V):電流を流そうとする「圧力」。

単位: V(ボルト)

水の例え: 水を流すためのポンプの力。

数値が大きいほど、電気を流す力が強い。

電気抵抗 (R):電流の流れにくさ。

単位: Ω(オーム)

水の例え: パイプの細さや障害物。

数値が大きいほど、電気が流れにくい。

 

2. 電気の世界の絶対法則「オームの法則」

この3つの主役の関係を一発で表すことができるのがオームの法則です。

電圧 (V) = 電流 (I) × 電気抵抗 (R)

この式は、電気の世界で最も重要な公式の一つです。

この式から、以下の関係がわかります。

電圧が大きくなると、電流も大きくなる。

(ポンプの力が強いほど、水はたくさん流れる)

抵抗が大きくなると、電流は小さくなる。

(パイプが細いほど、水は流れにくくなる)

この公式は、形を変えて使うこともできます。

電流 (A) = 電圧 (V) ÷ 電気抵抗 (Ω)

電気抵抗 (Ω) = 電圧 (V) ÷ 電流 (A)

 

3. 回路のつなぎ方:直列回路と並列回路

電気抵抗(豆電球など)のつなぎ方には、大きく分けて2種類あります。

つなぎ方によって、電流や電圧のかかり方が大きく変わります。

① 直列回路:一本道の回路

抵抗が数珠つなぎに、一本道でつながれている回路です。

電流:

回路のどこを測っても同じ大きさになります。

I (全体) = I₁ = I₂

水の例え:一本道のパイプなので、流れる水の量はどこも同じ。

電圧:

各抵抗にかかる電圧の和が、電源の電圧と等しくなります。

V (全体) = V₁ + V₂

水の例え:ポンプの力(V)が、それぞれの障害物(R₁, R₂)を乗り越えるために分けられる。

電気抵抗:

回路全体の抵抗は、各抵抗の和になります。

R (全体) = R₁ + R₂

結果として、抵抗を増やすほど全体の抵抗が大きくなり、流れる電流は小さくなります。

(豆電球を直列でつなぐと、1つのときより暗くなるのはこのためです。)

② 並列回路:分かれ道のある回路

抵抗が、途中で枝分かれした道にそれぞれつながれている回路です。

電圧:

各抵抗にかかる電圧は、電源の電圧と等しくなります。

V (全体) = V₁ = V₂

水の例え:分かれ道があっても、それぞれの道にかかるポンプの力は同じ。

電流:

各抵抗を流れる電流の和が、電源から流れ出す電流と等しくなります。

I (全体) = I₁ + I₂

水の例え:ポンプから出た水が、分かれ道で分流し、合流地点で元の量に戻る。

電気抵抗:

回路全体の抵抗は、各抵抗よりも小さくなります。

電流の通り道が増えるため、回路全体として見ると電気が流れやすくなるからです。

(家庭のコンセントが並列なのは、多くの電気製品を同じ電圧で使え、他の製品のON/OFFに影響されないためです。)

 

まとめ:直列と並列の比較

直列回路 並列回路
回路図 一本道 分かれ道
電流 (I) どこでも同じ
I = I₁ = I₂
各部分の和になる
I = I₁ + I₂
電圧 (V) 各部分の和になる
V = V₁ + V₂
どこでも同じ
V = V₁ = V₂
抵抗 (R) 各部分の和になる
R = R₁ + R₂
全体の抵抗は各抵抗より小さくなる

これらのルールをマスターすれば、複雑に見える電気回路も、その仕組みを理解し、計算できるようになりますよ。