中2理科「直流と交流」周波数や発光ダイオードの光り方

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中学2年理科。今日は2種類の電流「直流と交流」について学習します。家庭のコンセントから得られる電流はどちらなのか。発光ダイオードをそれぞれの電流に接続した場合の光り方がどうなるのかまでマスターしましょう。

直流(直流電流)

直流(直流電流)とは、一定の方向に一定の大きさで流れる電流のことです。これまで回路と電流で学習してきた電流は、みんなこの電流のことを指しています。

電流は電源の+極から-極に向かって一定の大きさで流れます。乾電池光電池などから得られる電流になります。コンピューターで直流電流を調べると、下の図のような電流になります。

直流電流

交流(交流電流)

交流(交流電流)とは、周期的に流れる電流の向きと大きさが変化する電流です。家庭のコンセントから得られる電流はこの交流電流になっています。

また、電磁誘導で学習した発電機から得られる電流も、この交流電流になります。交流電流は周期的に電流の向きと大きさが変化するので、とても使いやすい電流です。家庭に送られる電流が交流であるのはこのためです。

交流電流

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周波数

交流電流をコンピューターに通して調べてみると、上の図のような波形が得られます。1秒間のこの波の数を周波数といいます。周波数の単位はHzです。

この周波数は、地域によって異なります。東日本の場合、周波数は50Hzで、西日本の場合は周波数は60Hzとなっています。

発光ダイオードを使った実験

直流と交流の単元では、発光ダイオードを使った実験がよく出題されます。発光ダイオードは豆電球と違って、+端子と-端子がある豆電球のようなものです。豆電球では電流の流れる向きに関係なく光りますが、発光ダイオードの場合、+端子から-端子に向かって電流が流れたときだけ、発光ダイオードが光るという性質を持っています。

発光ダイオードの+端子と+極、-端子と−極を接続したものと、+端子と−極、-端子と+極を接続したものを準備します。その装置に直流電流と交流電流を流してみると次のようになります。

直流と交流

  • 直流…発光ダイオードの片方のみが光り続ける
  • 交流…2つの発光ダイオードが交互に点滅する

この実験からも、直流は一定方向にしか電流が流れないことがわかり、交流は流れる電流の向きが変化していることがわかります。

まとめ

  • 直流(直流電流)…一定の方向に一定の大きさで流れる電流。
    乾電池、光電池など
  • 交流(交流電流)…周期的に流れる電流の向きと大きさが変化する電流。
    家庭のコンセント、発電機など
  • 周波数(Hz)…1秒間に交流の波が何回あるかをあらわしたもの。
    東日本は50Hz、西日本は60Hz

直流と交流 練習問題

  1. 一定の向きに一定の大きさで流れる電流を何というか。
  2. 周期的に向きと大きさが変化する電流を何というか。
  3. 次の中から1の電流が流れているのもを選べ。
    ア 発電機  イ 家庭のコンセント  ウ 乾電池
  4. 西日本の周波数は何か。単位をつけて答えよ。

解答

  1. 直流(直流電流)
  2. 交流(交流電流)
  3. 60Hz
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