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直列,並列接続した抵抗と、電圧・電流の関係

更新日2006.6.18

ここでは、抵抗を直列接続・並列接続した場合の各抵抗に流れる電流と電圧の関係について説明します。

オームの法則合成抵抗の計算を使います。キルヒホッフの法則も簡単に説明します。

直列接続
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以下のように、抵抗を直列接続した回路に流れる電流(I0)と、各抵抗にかかる電圧(V1,V2)を求める方法を考えます。

分かっているもの
電源電圧V0
抵抗値R1,R2

求めるもの
回路に流れる電流I0
抵抗にかかる電圧V1,V2

回路に流れる電流(I0)

R1とR2の合成抵抗を求め、次にオームの法則でI0を求めます

R1とR2の合成抵抗をRaとすると、上の回路は以下にように書き換えられます。

Ra=R1+R2 ・・合成抵抗の計算

抵抗が計算できれば、上の図のように単純になりますので、オームの法則(I=V/R)から電流を計算できます。

I0=V0/Ra ・・オームの法則

抵抗にかかる電圧

上で、回路に流れる電流I0が計算できました。
2つの抵抗値が分かっていますので、オームの法則(V=I×R)からV1,V2を求めます。

V1=I0×R1
V2=I0×R2

例題

以下の回路図で実際に計算して見ます。

計算手順をおさらいすると
(1)合成抵抗を求める
(2)電流I0を求める
(3)電圧V1,V2,V3を求める
という流れになります。

(1)合成抵抗の計算(直列なので各抵抗の合計)
合成抵抗=200+300+500
=1000[Ω]
(2)電流I0を求める(オームの法則 I=V/R)
I0=5/1000
=0.005[A]
(3)電圧V1,V2,V3を求める(オームの法則 V=I×R)
V1=0.005×200
=1[V]
V2=0.005×300
=1.5[V]
V3=0.005×500
=2.5[V]

ここで、V1+V2+V3を計算して見て下さい。電源電圧と同じ5Vになります。
これを、キルヒホッフの第二法則と言います。

キルヒホッフの第二法則電気回路中の閉じた環状の電路をたどるとき、電路中の電源電圧の総和と電圧降下の総和は等しい

並列接続

次は抵抗を並列接続した場合です。
以下のように、抵抗を並列接続した回路に流れる電流(I0)と、各抵抗にかかる電圧(V1,V2)を求める方法を考えます。

分かっているもの
電源電圧V0
抵抗値R1,R2

求めるもの
回路に流れる電流I0
抵抗にかかる電圧V1,V2

抵抗にかかる電圧と各抵抗に流れる電流

上の回路図をよく見ると、2つの抵抗にかかる電圧は、いずれもV0[V]だと分かります。
これが分かれば、オームの法則から電流を算出できます。

I1=V0/R1
I2=V0/R2

回路に流れる電流(I0)

I0はキルヒホッフの第一法則より、I1とI2の合計として算出できます。
キルヒホッフの第一法則任意の電流の分岐点において、流れ込む電流の合計は流れ出す電流の合計と等しい。

下の図のAの点にキルヒホッフの第一法則を当てはめると、

I0=I1+I2
となります。感覚的にも理解できそうです。

別の算出方法として、直列接続の場合と同じように、合成抵抗を求めてからI0を計算する方法もあります。

合成抵抗Ra=1/((1/R1)+(1/R2))
電流I0=V0/Ra

例題

以下の回路図で実際に計算して見ます。

計算手順をおさらいすると
(1)オームの法則により、I1,I2,I3を求める
(2)キルヒホッフの第一法則により、電流I0を求める
という流れになります。

(1)オームの法則により、I1,I2,I3を求める(I=V/R)
I1=5/200
=0.025[A]
I2=5/250
=0.02[A]
I3=5/500
=0.01[A]
(2)キルヒホッフの第一法則により、電流I0を求める
I0=I1+I2+I3
=0.025+0.02+0.01
=0.055[A]

合成抵抗を求めてからI0を算出する方法では以下のようになります。

合成抵抗Ra=1/((1/200)+(1/250)+(1/500))
=1/(0.005+0.004+0.002)
=1/(0.011)
=1/0.011
 
電流I0=5/(1/0.011)
=0.055[A]