中学受験理科 苦手な「電流」「回路」の考え方 その2

電流分野に関する前回記事(中学受験理科 苦手な「電流」「回路」の考え方 その1 | 広島で中学受験するけぇ (jukensurukee.com))を書いてからかなり時間が経ってしまいました。今回は並列回路の考え方を解説していきます。

 

並列回路の考え方(豆電球が並列)

前回同様に以下の基本回路(電圧Vの乾電池1個と豆電球1個をつないだ回路)に流れる電流を1として考えていきます。

 

並列回路は、直列回路が複数個合わさった回路と考えられます。よって、直列回路が理解することが第一です。並列回路の問題を解いていくには、直列回路の時と同様に「電圧」を考えていきます。

前回の記事で「回路図は豆電球に対してどのように電圧がかかっているか示している」と書きました。以下の並列回路の豆電球にかかっている電圧を色を使って視覚化してみましょう。この色分けができれば並列回路の問題の大半は解けたといってもよいでしょう。

 

 

 

物理学では電圧とは「電位差」と言い換えられます。電流を水路を流れる水流に例えると、高い方から低い方に電流が流れていきます。高さの差がエネルギーの大きさとなります。水路の高さを表しているのが、回路図における導線です。そして、ひとつながりの導線はどこも同じ高さの水路であることを意味しています。高い位置(赤の導線)から水車(豆電球)に勢いよく水をたたきつけると水路の高さが下がる(青の導線)イメージです。回路にかかっている電圧を視覚化できれば、あとは直列回路と考え方は同じです。前回の記事で書いたように、豆電球にかかっている電圧が分かれば、電流の大きさが分かります。

視覚化するとどちらの豆電球にも基本回路と同様に電圧Vがかかっていることが分かります。つまり、どちらの豆電球にも電流1が流れていることになります。この電流は合流し、乾電池には大きさ2の電流が流れることになります。

 

 

次に以下の並列回路についても同様に考えていきましょう。

回路にかかっている電圧を視覚化すると次のようになります。赤線と青線の間に緑の導線がありますが、これはあまり重要ではありません。より重要なのは電池から出ている赤と青の導線がどの豆電球を挟んでいるかです。

上のルートだけを見れば直列回路と考えることができます。電圧Vが2つの豆電球にかかっており、それぞれの豆電球に電圧Vを1:1で比例配分することになります。つまり、それぞれの豆電球に1/2Vの電圧がかかります。

その1で解説したように豆電球に流れる電流は豆電球にかかっている電圧で決まるので、上のルートに流れる電流は1/2、下のルートを流れる電流は1となります。よって、乾電池を流れる電流は合計で3/2となります。

 

並列回路の考え方(乾電池が並列)

次に乾電池を並列につないだ回路を考えていきます。回路にかかっている電圧を視覚化すると以下のようになります。

赤線と青線の間にある乾電池の数は1個ずつ並列。したがって、下図のように豆電球にはそれぞれ電圧Vがかかり、流れる電流は1となります。豆電球を流れた電流は合流し大きさ2の電流になり、乾電池も均等に1個ずつ並列でつないであることから、それぞれに1の大きさの電流が流れます。

 

 

まとめ

  •  並列回路においても、直列回路と同様に電圧がどのようにかかっているか考える
  •  そのためには、回路を色分けなどで視覚化する
  •  視覚化できれば、その後の考え方は直列回路と同じ

 

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