電流には、大きく次の2種類があります。乾電池などから得られる直流電流と、発電機から得られる交流電流です。両者の違いと性質を学習します。
直流と交流
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。乾電池や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。
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。
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…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。
【対策問題】直流と交流の問題
下の図のように、直流電源装置と、スイッチ、発光ダイオードを使って回路を組み立てた。これについて、次の各問いに答えよ。
（1）図の装置で、発光ダイオードが光るのは、AとBのどちらか。記号で答えよ。
（2）図の装置に使われているのは直流電源装置である。直流電流とはどのような電流か。「向き」と「大きさ」という語句を使って簡潔に説明せよ。
（3）次に、電源装置を外し、かわりに手回し発電機を接続し、発電機のハンドルを回した。このとき、発光ダイオードAとBはどのように光るか。簡潔に説明せよ。
（4）この実験から、電流には2通りの電流があることがわかる。直流電源装置のような直流電流と、手回し発電機のような交流電流を表したものとして正しいものを、それぞれ、下のア～イから選び、記号を答えよ。
【解答・解説】直流と交流の解答
（1）発光ダイオードB
発光ダイオードは、＋端子が電源装置の＋極側に、－端子が電源装置の－極側に接続されている場合に光ります。したがって、発光ダイオードBが点灯します。
（2）電流の流れる向きと大きさが変化しない電流。
乾電池や直流電源装置から流れている電流は、直流電流といわれます。電源の＋極から－極に向かって一定の大きさで流れる電流です。
（3）交互に点滅する。
手回し発電機のような発電機から得られる電流は、交流電流になります。交流電流は、周期的に流れる電流の向きと大きさが変化する電流で、発電機や家庭のコンセントから得られる電流も交流電流となっています。図の装置では、発光ダイオードAとBが端子が逆になるように接続されているので、発光ダイオードAが光っているときには、発光ダイオードBは点灯しておらず、逆に、発光ダイオードBが点灯しているときには、発光ダイオードAが点灯していない状態になります。したがって、交互に点灯をくり返すように発光ダイオードが光ります。
（4）直流電流：ア 交流電流：イ
同じ向きに一定の大きさで流れる電流が直流電流で、図のアのかたちになります。一方の交流電流は、周期的に電流の流れる向きと大きさが変化する電流で、図のイのかたちになります。
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