電気と磁気
電気とは、電位差によって導かれ、あらゆるコンポーネントによって抵抗を受ける移動中の電荷であり、すべての電流は磁場を生じます。OxfordAQA最大のトピックでは、回路ツールの構築、コンポーネントの挙動、そしてそれに続く電磁石について学びます。
OxfordAQA International GCSE Physics 9203, トピック 3.5 （Version 5.1）。(P) でマークされた文はPaper-2-専用です。
電気回路
金属は自由電子を持っているため導电性があります； (P) 孤立した電荷の不平衡は静電気であり、導通経路が現れたときに放電されます（雷）。電流とは電荷の流れの速率です：
電圧は電荷を回路内を動かします； コンポーネント間の電位差は単位電荷あたりに移動するエネルギーを表します（ボルト = ジュール/クーロン）。標準記号を習得してください — スイッチ、ランプ、ヒューズ、セル、バッテリー、ダイオード、抵抗器、可変抵抗器、サーミスタ、LDR、LED、アムメーター、ボルテメーター。
一定温度では抵抗器のV–Iグラフは直線（オーム的）ですが、フィラメントランプは温度上昇に伴いイオンの振動が増して曲がります； ダイオードは順方向のみ導通します； (P) サーミスタの抵抗は温度上昇とともに低下します（サーモスタット用）； LDRの抵抗は光量増加とともに低下します（自動照明用）； LEDは順方向に光を発し、フィラメントランプや蛍光灯比起省エネです。
直列回路: 電流は等しく、電位差の和が総電圧となる。抵抗値は加算される。並列回路: 電位差は等しく、電流は分かれる。合成抵抗は個々の抵抗より小さい。電荷が格子と衝突することで、すべての抵抗器が熱を発生させる。
** worked check.** 230 V のランプに 0.25 A が流れる: $R = 230/0.25 = 920\ \Omega$。 4 Ω の抵抗器2つを 12 V で直列に接続すると $I = 12/8 = 1.5$ A 、並列に接続すると $R = 2\ \Omega$ で、電源から $I = 12/2 = 6$ A が流れる。
磁気と電磁気学
極: 同名極は反発し、異名極は引力を示す — 非接触力である。磁場線は磁石の外側でN極からS極へ向かう。異名極が向き合う場合、その間に均一な磁場が生じる。誘導磁石は磁場内では引力を示すが、外すと磁性を失う。地球の磁場によりプロットコンパス（指針）で方向探しが可能である。
電流を流す導線には周囲に円形の磁場線が形成される（電流が大きいほど強い磁場；電流の向きが変われば磁場の向きも逆になる）。ソレノイドは磁場を集中させる；軟鉄芯を入れると電磁石となり、スイッチ切替が可能で強さを調整でき、廃材クレーン、リレー、ドアロックなどに使用される。必須実習：電磁石の強さを決める要因。
自己チェック
- なぜ金属は電気を通すのか？
- 電流、電荷、時間の関係式と単位を述べよ。
- 2 A が 30 s 間流れたときの電荷量を計算せよ。
- 一定温度での抵抗器およびフィラメントランプのV-Iグラフの形状を述べよ。
- (P) 熱抵抗器の抵抗は温度上昇に伴いどう変化するか。
- 直列および並列接続における電流と電位差の法則を述べよ。
- 12 V の電源が 0.5 A を押す場合のRを計算せよ。
- 極の法則および磁石外部の磁場線の向きを述べよ。
- 誘導磁石とは何か。
- 電磁石を強くする2つの方法を挙げよ。
解答: 1 自由電子を含み、電位差が加わると漂移する; 2 Q = It, 電荷(クーロン) = 電流(アンペア) × 時間(秒); 3 Q = 2 × 30 = 60 C; 4 原点を通る直線; 電流（したがって温度）の上昇に伴いS字カーブが平坦になる; 5 (P) 減少 — 恒温器に使用される; 6 直列 — 全所で同じ電流、電位差は和となる; 並列 — 分岐間では同じ電位差、電流は和となる; 7 R = 12/0.5 = 24 Ω; 8 同名極は反発し、異名極は吸引する; 磁石の外側ではNからSへ; 9 磁場中に置かれたときだけ磁気体となり磁化する物質 — 吸引力のみ、取り外すとほとんどの磁性を失う; 10 コイルの巻数を増やす; 大きな電流（また軟鉄芯）。