「息子へ」 ‐ 電気について学ぶ。「オームの法則」について。（その6）

　電気回路に用いられる部品に「抵抗器（resistor）」があります。抵抗器は、（1）電流の制限、（2）電圧の分圧、（3）特定の周波数成分を取り出すための電気回路の一部、などに用いられます。例えば、直列回路にあって、電源電圧が6Vのとき、抵抗値2Ωの抵抗器を用いれば、3A、3Ωの抵抗器を用いれば、2A、6Ωの抵抗器を用いれば、1Aの電流を流すことができます。

　この抵抗器の持つ「電流の制限」という機能については、問題も数多く解いてきました。きょうは、「電圧の分圧」について述べていきます。電流には「直流」と「交流」があり（この話はそのうちに）、交流では「変圧器」を用いると望みの電圧を得ることができます。変圧器は「電磁誘導（electromagnetic induction）」という電気の現象を利用した電気機器ですが、この話もいまはしません。

　時間によって電流の流れる方向が変化しないものを直流といいます（すると、時間とともに周期的に電流の流れる向きが変化するものを「交流」ということになるでしょう）。電磁誘導という現象は、直流では起きません。そこで、望みの電圧を直流で得るには、抵抗器を用いて、電圧を分圧してやることになります。



　上の図を見てください。抵抗R₁、抵抗R₂ を直列つなぎしています。電源の電圧（起電力）で位置エネルギーを得た電荷粒子（「電子」）は、抵抗R₁ で、位置エネルギーを少し減らします。さらに、抵抗R₂ で、位置エネルギーをすべて失くします。この抵抗R₁ での電圧降下と抵抗R₂ での電圧低下の和が電源電圧（起電力）と等しくなります。



　抵抗による電圧低下がどの程度であるかを測定する計器が「電圧計」です。電流計が回路を断線させて、そこにそれぞれの端子を接続させるのと違い、回路を断線させることなく、抵抗となる電気部品（抵抗器、電熱線など）の両端にそれぞれの端子をつなぎます。上の図では、電源から出た電流は一本道を流れて電流に戻ってきます。分流が起こっていませんから、回路のどこでも電流は一定です。

　抵抗R₁ の抵抗値は2Ωであり、そこに流れる電流の大きさは2Aですから、オームの法則 V＝IR から、単位記号で表すと、V＝AΩになり、V＝2（A）×2（Ω）＝4（V）です。抵抗R₂ では、V＝AΩになり、V＝2×4＝8（V）です。その和 4＋8＝12（V）で、電源電圧の 12Vと等しくなります。



　電圧計はメーターと「倍率器」という抵抗器が内部で直列につながれている計器です。倍率器は本来の回路の方に電流の大部分が流れるようにするもので、電圧計はわずかに分流された電流を測定し、そこから本来の回路の電圧を割り出しています。電圧計の内部抵抗（メーター自体の抵抗値と倍率器の抵抗値の和）に測定された電流の大きさを掛けてやれば、オームの法則から、電圧が求められ、それが本来の回路の抵抗で生じる電圧降下の値と等しいのです。その計算を電圧計はするわけではなく、本来は電流計であるメーターの目盛りを電圧の大きさの目盛りで刻んでおけばいいのです。

　では、きょうの6問です。



　前回の問題、（25）～（30）の解法です。



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（この項 健人のパパ）