電気を表す単位はいくつかありますが、受験ではこれらを応用した計算式を使う問題が多く、単位の意味が理解できていないと問題に答えられません。本記事では電気を表す3つの単位について解説します。
最終更新日: 2024年06月28日
電流、電圧、抵抗の関係
はじめに電気を表す単位である「電流」「電圧」「抵抗」が表す意味と、それぞれの関係性についてみていきましょう。
電流とは？
電流とは「電気が流れる量」のことで、「A(アンペア)」もしくは「I(intensity of electricityの略)」という単位で表されます。数字が大きければ大きいほど、一度に流せる電気の量が多くなり、多くの電化製品を動かすことが可能です。
一般家庭では電力会社と契約する際に20A、30Aなど、「家全体で何Aまで使用できる」という電流の最大量を、数あるプランのなかから選びます。
この量を超えて電気を使用すると、「ブレーカーが落ちる」という現象が起こるため、どの程度の電化製品を家のなかに置いているかに応じて、より高いアンペア数のプランを契約する必要があるのです。
電圧とは？
電圧とは「電流を押し出す圧力」のことで、「V(ボルト)」という単位で表します。
ボルト数が高ければ高いほど電流の勢いが強まるため、より大型の電化製品を動かすことが可能です。
一般家庭では100Vあれば十分といわれていますが、工場や大型の店舗で稼働させる業務用の製品になると、200V以上の電圧が必要です。
抵抗とは？
抵抗とは「電気の流れにくさ」のことで、「Ω(オーム)」もしくは「R(Electrical resistanceの略)」という単位を使って表します。この数値が大きくなればなるほど、つないだ電化製品に届く電気が弱まります。
また、金属は電気を通しやすい(抵抗が弱い)傾向にあり、紙やガラス、ゴムなどは電気を通しにくい(抵抗が強い)傾向にあるなど、材質によっても抵抗の数値が変化します。
オームの法則の覚え方
ここからは、オームの法則の計算式がどのような形になるのか、そしてどのようにオームの法則を使うのかを解説していきます。
オームの法則の計算式
オームの法則は、「抵抗と電流の数値から、電圧の数値を求められる法則性」のことを指し、計算式は「V＝Ω(R)×A(I)」で表されます。
各単位をつなげて、「V(ブ)RI(リ)」と読んで覚える人も多いです。
オームの法則を応用すれば、抵抗と電圧の値から電流の量を算出したり、電圧の値と電流の量から抵抗の強さを算出したりできます。
電流の量を求めるときは「A(I)＝V÷Ω(R)」、抵抗の強さを求めるときは「Ω(R)＝V÷A(I)」という計算式を使いましょう。
オームの法則の使い方
例題をみながら、オームの法則の使い方についてみていきましょう。
「抵抗が5Ω(R)で、電流が2.5Aのときの電圧を求めなさい」という問題があったときは、「V＝Ω(R)×A(I)」の公式を当てはめて「5×2.5＝12.5V」が解答です。
「電圧が8Vで、抵抗が5Ω(R)のときの電流を求めなさい」という問題のときは、「A(I)＝V÷Ω(R)」の公式を使って、「8÷5＝1.6A」が正しい解答です。
直列回路と並列回路の違い
ここからは電気回路の種類である、「直列回路」と「並列回路」の違いについて解説していきます。
直列回路の特徴と計算方法
直列回路は電流が流れている線が、途中で分かれていない電気回路のことをいいます。一直線に電気が流れるため、「直列回路を流れる電流は均一の大きさ」で流れます。
また直列回路の中に抵抗が複数ある場合、各抵抗にかかる電圧の合計が電源の電圧になるという法則性があるため、問題文の読み解き方には気を付けなければなりません。
並列回路の特徴と計算方法
並列回路は、電流の流れる線が途中で複数にわかれる電気回路のことをいいます。線がわかれた部分では電流の量が少なくなりますが、「電圧は変わらず均一の強さになる」という特徴を持っています。
たとえば全体の電流が5Aで、2本にわかれた線のうち1本に流れる電流が3Aであった場合、もう一方の線に流れる電流は2Aです。
並列回路の抵抗は少し変則的な求め方を行うため、注意しましょう。途中で2本にわかれている並列回路の抵抗を求める際には、次のような計算式を使います。
- （Aの抵抗値）分の1 +（Bの抵抗値）分の1 = （全体の抵抗値）分の1
Aの抵抗値が150Ω、Bの抵抗値が300Ωであった場合には、「1/150+1/300＝1/100」という計算式ができます。
また、ここから「逆数」を求めなければ抵抗値が算出できないため、1/100は100/1となり、全体の抵抗値は100Ωが正しい解答となるのです。
抵抗が増えれば増えるほど計算方法もややこしくなるため、注意が必要です。
オームの法則を正しく使いこなそう
オームの法則を使いこなすためには、電気を表す単位である「V(ボルト)」「Ω(オーム)」「A(アンペア)」の3つの意味を理解しておかなければなりません。
また問題を解くにあたっては、オームの法則で使われる3つの計算式と、それぞれの使い方を理解しておくことも必須です。
本記事で紹介した計算式の使い方と、回路別の計算方法を理解し、受験や試験に備えましょう。
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