物理理科電磁気学・光学・天文学

キルヒホッフの法則とは?回路の分岐が多い時に役立つこの法則を理系ライターがわかりやすく解説

電気回路が途中で枝分かれをしていて、電流の向きが直感的に捉えづらい時に役立つのが「キルヒホッフの法則」です。

1つは直列回路、並列回路の電流についてまとめたものでオームの法則を習う時についでに習うもの。もう1つは電圧に関するルールで最初に与えた電圧が回路一周する間に0になるというもの。

これらは割と無意識に使っているがきちんと整理しておくことで複雑な回路の問題を解くときに分かりやすくなる。理系ライターのR175と解説していく。

ライター/R175

関西のとある国立大の理系出身。学生時代は物理が得意で理科の高校理科の教員免許も持っている。技術者の経験があり、教科書の内容に終わらず実際の現象と関連付けて説明するのが得意。

1.電気回路の基本ルール

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基本ルールは至ってシンプル。電圧が高い方から低い方に電流が流れる、ただそれだけです。電流が流れる=電子が移動する事ですが、実際は電子の移動する向きは電流の向きと逆になります。実際に移動している「電子」は-の電荷なのに対し、電流の向きは便宜上「+の電荷」の移動の向きで定義しているからです。本記事でも、+電荷の移動の向きで考えることとしましょう(その方がイメージしやすいはず)。

2.電気回路=水の流れというイメージ

2.電気回路=水の流れというイメージ

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電気回路を水の流れでイメージすると非常に分かりやすいです。川の水は標高が高い方から低い方に落差があるから流れるもの。電気回路も同じで、電流が流れるのは落差があるから。水の流れで言う「落差」は電気回路では電圧に相当。電圧は別名電位差とも呼ばれますが「落差」のことであるというイメージをしましょう。

電流は流量をイメージ

電流は水の流量をイメージしましょう。電流が大きい=たくさんの水が流れている、電流が小さい=水がほとんど流れずからから状態ということ。水が流れるとき、途中で流入して来たりor途中でどこかに漏れたりしない限り流量は一定ですね。同じく電流も合流や分岐がない限り電流が途中で変わることはありません。

電圧は落差をイメージ

電圧とは電気を流そうとするパワーのこと。電圧に近い概念で電位という言葉がありますが、これはその地点が何Vかを表すもので電圧は二点間で何V差があるかを表すもの。

例えば、A地点の電位が100VでB地点の電位が30Vとしましょう。ここでいう100Vや50Vに対しては電圧ではなく「電位」を使います。水の流れで言う高さそのものに相当。一方、A地点とB地点の電位の差は70Vでありこれが電圧です。水の流れで言う落差をイメージしましょう。

水が高いところから低いところに流れようとするのと同じで電気も電位が高い方から低い方に流れますね。また、落差が大きい方が水は勢いよくたくさん流れようとしますが電気も同じで電位の差(電圧)が大きいほどたくさんの電流が流れます。

電気抵抗はエネルギーロスをイメージ

電気抵抗はせっかく電圧があるのにそこで何らかのロスをしてしまい電圧が降下する(パワーを失ってしまう)こと。水の流れの場合でも途中で流れを妨げるもの(摩擦など)があると、せっかく落差をつけていても水の勢いが弱まってしまいますね。電気抵抗は流れを妨げるものをイメージしましょう。

\次のページで「電源はポンプをイメージ」を解説!/

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