B.5 · 電流と回路

このプリントは、初年度評価が2025であるコースのためのSLizzaの選定 topics を扱っており、カリキュラム全体ではない。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術および以下のモデル条件を使用すること。

これらの例は独自かつ架空のものであり、実際の測定値や実際の生徒による調査ではありません。

この観察を説明するのは何か？

• 直列接続で別のランプを追加すると、元のランプは暗くなる。電流やエネルギー伝達は、単一のランプだけでなく回路全体に依存する。

モデルを構築する

• 電流は単位時間あたりに流れる電荷量である。
• 電位差とは、単位電荷あたり移動したエネルギーである。
• 抵抗とは、特定の動作点における電位差を電流で割った値である。
• 電流：電荷の流れの速度。
• 電位差：単位電荷あたりに移動するエネルギー。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 直列接続の部品の間を流れる電流は等しい。
• 直列ループ内では、電位差は加算される。
• 並列回路では、枝分かれした経路間で同じ電位差が共有され、節点において各枝の電流は合算される。

実験室での手順： アメーターを直列に、ボルトメーターを並列に接続する。I-V曲線の測定では、電圧を段階的に変化させ、必要に応じて極性を反転させ、発熱を抑えるために電流を制限する。

既知の値から始める

• 既知条件：ある抵抗器には 6.0 V の電位差がかかり、 0.30 A の電流が流れている。
• R = V/I を用いる。
• R = 6.0/0.30 = 20 Ω。
• 電力 = VI。
• 電力 = 6.0×0.30 = 1.8 W。
• これらの物理量は同一の動作点を表す。

あなたの挑戦： ある部品には 12 V の電位差がかかり、 0.40 A の電流が流れています。抵抗を求めよ。

結論とその限界を確認する

• 電流はランプによって消費されない。
• Assigned filament（フィラメント）が加熱するため、電圧の変化に伴い抵抗が一定であるとは限らない。

誤り： ランプは電荷が通過する際に電流を消費する。電流は電荷の流れであり、電荷は保存されるため、ランプへ流入する電流と流出する電流は等しい。ランプは電荷からエネルギーを取り出し熱や光に変換するだけであり、電荷自体を消費しているわけではない。

重要：

• 電流は単位時間あたりに流れる電荷量である。
• 直列接続の部品の間を流れる電流は等しい。
• 注意：電流はランプによって消費されないこと。

24 Ωの抵抗から計算

• 素子に 12 V の電圧がかかり、0.50 A の電流が流れる。
• 抵抗と電力を求めよ。ランプは電流を消費するわけではない。

6.0 Wの電力から計算

• 素子に 12 V の電圧がかかり、0.50 A の電流が流れる。
• P = VI = 6.0 W、P = I²R = 0.25 × 24 = 6.0 W で検証 — 2つの経路で同じ答え。

15 Ωの直列合計から計算

• 6 Ωと 9 Ωの抵抗が直列に接続され、次に並列に接続される。
• 直列: 15 Ω (単一電流); 並列: 54 ÷ 15 = 3.6 Ω — 直列は抵抗を足し、並列は伝導度を足す。