【中2理科】オームの法則で電流・電圧・抵抗を計算する

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ここまで、電流と電圧、直列回路と並列回路の電流と電圧の関係を見てきました。今日は抵抗とオームの法則。そして、それらの計算方法を勉強します。ここは非常に大切な単元ですので、気合を入れて頑張りましょう。

抵抗とは

まずは、抵抗(電気抵抗)について説明します。抵抗とは、電流の流れにくさを表す量です。単位はΩ]オームを使って表します。抵抗が大きければ大きいほど、電流が流れにくくなります。逆に、抵抗が小さければ小さいほど、電流が流れやすくなります。

金属などは、電流を流しやすい物質です。なので、金属の抵抗は小さいということになります。プラスチックやゴムなどは電流を流しにくい物質です。なので、プラスチックやゴムの抵抗は大きいということになります。

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導体と絶縁体(不導体)

金属のように、電流を流しやすい物質、言い換えると抵抗が小さい物質を導体といいます。

プラスチックやゴムのように、電流を流しにくい物質、言い換えると抵抗が大きい物質を絶縁体または不導体といいます。絶縁体の「縁」という字を「緑」と間違える生徒が多いので注意しましょう。

導体と不導体

オームの法則

オームの法則とは、ある抵抗に流れる電流[A]と、電圧[V]が比例することをいいます。電圧が電流を流そうとする力(パワー)であるから、電圧が2倍、3倍になると、流れる電流も2倍、3倍になります。

オームの法則を使って、電流や電圧、抵抗を計算することができます。

電流・電圧・抵抗の計算

電流[A]の大きさや、電圧[V]の大きさ、抵抗[Ω]の大きさは計算によって求めることができます。

  • 電圧[V]=電流[A]×抵抗[Ω
  • 電流[A]=電圧[V]÷抵抗[Ω
  • 抵抗[Ω]=電圧[V]÷電流[A

で求めることができます。つまり、電流・電圧・抵抗のうち、2つの数字がわかれば、残りの1つの数字も計算で求めることができるのです。

次のように「テントウ虫」の形で覚えておくと便利です。

オームの法則

電流・電圧・抵抗の計算練習

(1)5.0Vの電圧を加えると2.0Aの電流が流れた。抵抗の大きさは何Ωか。

(2)10Ωの抵抗に2.0Aの電流が流れた。このときの電圧は何Vか。

(3)30Ωの抵抗に15Vの電圧をかけると何Aの電流が流れるか。

(4)2.0Vの電圧をかけると、100mAの電流が流れた。抵抗は何Ωか。

解答・解説

(1)2.5Ω
5.0V÷2.0A=2.5Ω

(2)20V
10Ω×2.0A=20Ω

(3)0.5A
15V÷30Ω=0.5A

(4)20Ω
100mA=0.1A
2.0V÷0.1A=20Ω

【練習問題】オームの法則の計算・グラフの問題

オームの法則問題右図のような回路を組んで、電熱線aと電熱線bに電圧をかけ、流れる電流の大きさを測定した。その結果が下のグラフである。これについて、次の各問いに答えよ。

(1)電熱線aとbはどちらの方が電流が流れやすいか。

(2)電熱線aに12Vの電圧をかけると、何Aの電流が流れるか。

(3)電熱線aの抵抗の大きさは、電熱線bの抵抗の大きさの何倍か。

(4)電熱線に流れる電流は、電熱線にかかる電圧に比例することがグラフよりわかる。これを何というか。

【解答・解説】オームの法則の計算・グラフの問題

(1)電熱線b

グラフの見ると、電熱線aよりも電熱線bの方が傾きが大きいことがわかります。これは、電熱線aよりも電熱線bの方が電流が流れやすいことを表しています。例えば、電熱線a、bに同じ6.0Vの電圧をかけた場合、電熱線aには0.2Aの電流が流れるが、電熱線bには0.3Aの電流が流れることがわかります。

(2)0.4A

12Vの半分の6Vの場合、電熱線aには0.2Aの電流が流れることがわかります。電圧と電流は比例するので、電圧が2倍になると、流れる電流も2倍になります。したがって、0.2Aの2倍の0.4Aの電流が流れます。

(3)1.5倍

抵抗の大きさは電圧V÷電流Aで求めることができます。電熱線aの抵抗の大きさは、6Vで0.2Aの電流が流れているので、6V÷0.2A=30Ω。電熱線bの抵抗の大きさは、6Vで0.3Aの電流が流れているので、6V÷0.3A=20Ω。したがって、30Ω÷20Ω=1.5倍になります。

(4)オームの法則

電熱線にかかる電圧を2倍、3倍にすると、電熱線に流れる電流も2倍、3倍になります。つまり、電圧と電流は比例関係になります。これをオームの法則というのです

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