電気回路の仕組みと働き
ここでは電気回路に関する基礎知識を記述していきたいと思います。
まず、下図1は豆電球を点灯させる装置の電気回路図になります。
こちらでは、電池を電源として導体を通じて豆電球を点灯させる簡単な装置になります。この図1ではスイッチによって電流を流したり、遮ったりすることができます。
また、この図1の電気回路図は電流を流す元である場所を電源(電池)とし、その電流をエネルギーに変換する負荷(豆電球)、それらの電流を流す導線で構成されています。
電源の種類と特徴
直流電源
直流電源とは一般的に乾電池やバッテリー、ACアダプターなどが主な例で、プラス極とマイナス極があり一定の方向に電流が流れます。そのため、逆方向に接続してしまうと電流が上手く流れません。
交流電源
交流電源とは一般家庭のコンセントなどに流れる電流のことで一定の周期でプラスとマイナスが変化します。そのため逆方向に接続しても上手く作動します。
これらのような電流を流す働きを電圧といいます。単位はV(ボルト)で表します。
電流について
図のようなスイッチを閉じると導線を通じて電池から豆電球へ電流が流れます。
電流の大きさは電源が発する電圧の大きさと負荷の大きさにより決まります。それらの単位をA(アンペア)といい、これらの関係はオームの法則で表されます。
オームの法則について
オームの法則は回路図記号で表した図2で説明します。この図ではスイッチを閉じると電流が流れます。
このときの電流Iと電圧Eと抵抗Rの関係を表した法則をオームの法則と言います。オームの法則は、電流Iは電圧Eに比例し、抵抗Rに反比例するというもので右図のような式となります。
負荷について
今回の図1では豆電球が負荷となります。他にも回転するものや発行するものなど電流を消費して動いたり、変化するものがあります。負荷の大きさは抵抗といい、単位はΩ(オーム)で表します。
またこの抵抗は豆電球だけではなく、導線やスイッチの接触部分にもわずかながらに生じます。
この導線にかかる抵抗の事を線路抵抗といい、導線の長さに比例し、導線の太さ(表面積)に反比例します。
スイッチの接触部分に関する抵抗は接触抵抗といいます。
一般的なものでは気にする必要はありませんが、電圧が小さいときや、電流が大きい場合には影響を受けてしまいます。
電気回路のまとめ
交流電源 → 一定の周期でプラスとマイナスが変化し、身近なものでは一般家庭のコンセントなどに流れる電流。
電圧【V：ボルト】 → 電流を流す能力の単位。
電流【A：アンペア】 → 電流の大きさの単位。
抵抗【Ω：オーム】 → 豆電球やモーターなどエネルギーを使用する負荷の単位。
オームの法則 → 電気回路において電流の大きさは電源の電圧と負荷の大きさで決まるというような、電気回路における関係を表したもの。
オームの法則 → 電気回路において電流の大きさは電源の電圧と負荷の大きさで決まるというような、電気回路における関係を表したもの。
線路抵抗 → 導線に存在する小さな抵抗のこと。それらは導線の長さに比例し、太さ(断面積)に反比例する。
接触抵抗 → スイッチの接点部分にある抵抗のこと。