物理電流と抵抗
電流と抵抗
電流と電子の関係・オームの法則・抵抗率・抵抗の合成・電力・電力量・キルヒホッフの法則

1. 電流

\(I=\frac Qt\)   \(I=envS\)

文字の意味と単位

\(I\): 電流 [A]=[C/s]
\(Q\): 電気量 [C]
\(t\): 時間 [s]
\(e\): 電子の電気量の大きさ [C]
\(n\): 単位体積中の自由電子の数 [個/m3]
\(v\): 自由電子の平均の速さ [m/s]
\(S\): 断面積 [m2]

2. 抵抗


(1) オームの法則(電圧降下)

\(I=\frac VR\)   \(V=RI\)

文字の意味と単位

\(I\): 電流 [A]
\(V\): 電圧 [V]
\(R\): 抵抗 [Ω]

(2) 抵抗率\(\rho\)

\(R=\rho \frac LS\)

文字の意味と単位

\(\rho\): 抵抗率 [Ω・m]
\(L\): 導線の長さ [m]
\(S\): 導線の断面積 [m2]

(3) 抵抗率の温度による変化

\(\rho = \rho _0(1+\alpha t)\)   \(R=R_0(1+\alpha t)\)

文字の意味と単位

\(\alpha\): 抵抗率の温度計数 [1/K]
\(\rho _0\): 0℃のときの抵抗率 [Ω・m]
\(\rho\): t[℃]のときの抵抗率 [Ω・m]
\(R_0\): 0℃のときの抵抗 [Ω]
\(R\): t[℃]のときの抵抗 [Ω]
\(t\): 温度 [℃]

3. 抵抗の接続


(1) 直列接続

合成抵抗   \(R=R_1+R_2+\cdots +R_n\)
各抵抗を流れる電流が等しい

(2) 並列接続

合成抵抗  \(\frac 1R=\frac 1{R_1}+\frac 1{R_2}+\cdots +\frac 1{R_n}\)
各抵抗にかかる電圧が等しい

4. 電力と電力量


(1) 電力

\(P=IV=\frac {V^2}R=I^2R\)

(2) 電力量

\(W=Pt\)

(3) ジュール熱

\(Q=Pt\)

文字の意味と単位

\(P\): 電力 [W]
\(I\); 電流 [A]
\(V\): 電圧 [V]
\(R\); 抵抗 [R]

5. キルヒホッフの法則


第1法則

回路の分岐点において、流れこむ電流の和と、流れ出る電流の和は等しい
例) 点Cにおいて\(E-rI=I_3\)

第2法則

任意の閉回路において、電圧降下の和と起電力の和は等しい。ただし、1周する向きに流れる電流を正、 その向きに電流を流そうとする起電力を正とする
例) 回路① \(R_1I_1+R_3I_3=E_1\)
回路② \(R_1I_1+ (-R_2I_2) =E_1+ (-E_2) \)

R 1 R 2 R 3 A B C D F G I 1 I 2 I 3 E 1 E 2