直流回路

【電験三種 独学講座〜理論編〜】3-1. オームの法則

3-1. オームの法則

直流回路の基礎

小学校でも習う直列回路は電気の基本とも言える単元です。電験3種でも頻出問題となっています。複雑な回路の問題も出題されますので、基礎を押さえておかないと正答することは難しいとも言えます。

まずは下の図を見て水車が回るイメージを持ってください。水は高いところから低いところに流れます。その過程に水車があれば、水車を回してでも下の水槽に行こうとします。だから水車が回る、と言うことをイメージして下の説明に進んでください。

直流回路のイメージ

電圧

電圧とは電気的な圧力のことであり、電流を流すために必要な要素です。静電気の単元で電位について学びましたが、その電位同士の差のことを電圧と呼びます。直流回路はよく水路に例えられますが、水路でいう高低差が電圧という事になります。より高い地点から低い地点へ流すと、水がよく流れるように、電位差が大きいとより多くの電流が流れます

電流

電流は電子の流れのことで、上図では水槽同士をつなぐパイプを流れる水流のことです。電圧が大きいと押し出される圧力も大きくなるため電流も多く流れます。直流回路では電流はプラスからマイナスへ流れると学習しますが、厳密に言うと電流は電子(電荷)の流れになるので、負の電荷を持った自由電子がマイナスからプラスへ移動しています。これは、電流はプラスからマイナスに流れると定義した後に判明した事実なので、今更変えられないとなったわけです。

抵抗

抵抗は負荷とも呼ばれ、電圧により流れる電流を拝借して別の力に変える役割をします。上図では水車が抵抗となっています。電気的な力の一部を水車を回転させる力に変換させています。それは電球による光や熱への変換だったり、モーターによる動力への変換だったり様々です。抵抗が大きくなれば、流れる電流は減ってしまいます

オームの法則

直流回路の基礎として、電圧、電流、抵抗の関係を表した最も有名な法則がオームの法則です。これから色々な分野で使う法則なので、あえて覚えなくても自然と身につくようになると思います。毎回この円の図を書いているようだと時間的に厳しいので、頭の中でイメージできるようにしておきましょう。

ちなみに、余談ですが、この法則の名前の由来となったゲオルク・オームさんは電位差と電流が比例関係にあると発見した物理学者ですが、実はオームさんが発見した40年以上前にヘンリー・キャべンディッシュさんが発見していた事が発見されました。ヘンリーさんが公表しなかった事で判明しなかったようです。もしヘンリーさんがこの事実を発表していたら、ヘンリーの法則と呼ばれていたかもしれません。(現在、ヘンリーの法則は化学の分野で別のヘンリーさんから付けれた法則があります。)

オームの法則図解

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