物理学

直列回路、並列回路ほんとにわかってる?わかりやすいイメージで理系ライターが解説!

よぉ、桜木建二だ。みんなは直列回路と並列回路の違いはわかっているか?

小学校、中学校の理科で学習している内容だからわかる!という人も多いかもしれない。しかし今回は小学校、中学校の内容よりもう少し発展して高校物理の問題で取り扱うようなところまで解説していくぞ!もちろん、最初は復習の意味も込めて基本的な部分からしっかりとやっていくから安心してくれ!それに具体的に直列回路、並列回路を解くための手順も説明しているから最後までついてきてくれ!

ライターの四月一日そうと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/四月一日そう

現役国立大学生。アルバイトは塾講師をしており日々、高校生たちに分かりやすく丁寧にをモットーに指導している。大学では電気電子工学科に所属し電気系を中心に現代物理なども学んでいる。今回の記事のテーマである直列回路、並列回路は高校時代に散々演習した思い出があり、自信あり。

直列回路と並列回路の見分け方

image by iStockphoto

まず最初に直列回路について一緒に考えていきましょう。それではどういった回路が直列回路なのでしょうか?直列回路とは分岐がない一本道の回路のことです。分かりやすく言うと一筆書きができる回路ということですね。

次に並列回路について一緒に考えていきましょう。並列回路とはどのような回路なのでしょうか。さきほど、直列回路は分岐がない回路であると説明しました。それに対して並列回路は分岐がある回路です。例えば回路が与えられてそれを目で追ったときに1本だった線が2本以上に分かれている部分があったとしたらそれは並列回路だと分かります。

これで突然回路が出てきても今日から直列なのか、並列なのか見分けることができますね!これは後でも説明しますが回路の問題を解く上で基本になる部分なので絶対にマスターしましょう。

直列回路

直列回路と並列回路の見分け方が分かったところで次はそれぞれの特徴について説明していきます。

まず直列回路の特徴を見ていきましょう。主な特徴は2つあります。

まず1つめは回路に流れる電流はすべて同じおおきさであることです。これは皆さんご存じですね。では抵抗を通り過ぎると電圧は降下するのになぜ電流は一定なのでしょう?これは電子の量が回路中で変わらないためといえるます。どういうことかというと、電子が抵抗を通りすぎるときに確かに抵抗がある分通りにくくはなりますが通り過ぎる前と後で電子の量は変化していないということです。そして電流が分岐することもないので回路中どこでも電流が一定というわけですね。

2つめは抵抗の大きさが足し合わせられるということです。もし直列回路中に2つの抵抗があったとします。このとき直列回路であるなら、2つの抵抗の大きさを足し合わせて1つの抵抗と見ることもできるのです。これはなぜかというとすべての抵抗に同じ大きさの電流が流れるので2つの抵抗の値が単純に足し合わされます。

並列回路

次に並列回路の特徴を一緒に確認していきましょう。並列回路の特徴は直列回路の特徴と比較しながら進めたほうがわかりやすいと思うので比較しながらやっていきましょう。さきほど直列回路はどこでも電流が等しいと説明しました。並列回路の場合はどうでしょう?分岐がある訳ですから電流が2つ以上に分かれることがあります。この時点ですべての部分で同じ大きさの電流が流れるとはいえませんね。このことからさきほどの直列回路の特徴は当てはまりません。ただ、問題を解いたりする上で知っておいてほしい特徴が2つあります。

1つめは並列接続されている抵抗たちにかかる電圧は等しいということです。これは導線で繋がっている部分の電圧は導線の抵抗を無視したときはいつでも等しいからですね。並列回路の問題を解くときにこれは必ず頭に入れておかなければなりません。

2つめは並列接続されている抵抗の合成抵抗です。直列回路の場合、単純な値の足し算で求めることができましたが並列回路の場合はそうはいきません。並列回路の合成抵抗の値は画像の式で表されます。これも基本事項なので忘れないようにしておいてくださいね。

以上説明した2つの知識を頭に入れておけば並列回路の問題に手も足も出ないということはなくなりますよ。

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いままで抵抗ということばがたくさん出てくるが抵抗のイメージがよく分からない人もいるんじゃないか?抵抗というのは分かりやすいイメージで説明すると電子が通りにくくなっているところだ。回路という道があるとして抵抗というのは道が細くなっている状態なんだ。そしてこの道が細く、長いほど抵抗の値がおおきくなる。

だから直列回路の場合抵抗を足し合わせるというのは2つの細い道を連結させているイメージだな。並列回路の場合道が2つに別れているので1本道よりもみちが広くなる。だから並列接続の合成抵抗を求めたときに1つ1つの抵抗の大きさよりも合成抵抗が小さくなることがあるってことだ。みんなも適当な値を代入して計算してみてくれ!

回路の問題を解くために

回路の問題を解くために

image by Study-Z編集部

ここまでそれぞれの回路の特徴やイメージを説明してきました。ここからは実際に回路の問題に直面したとき、どのような手順で問題を解いていけばいいのかを説明していこうとおもいます。

まず最初に直列回路なのか並列回路なのかを見分けることです。これはここまで読んでいただいたみなさんならむちゃくちゃ簡単にできると思いますよ!この次からがポイントなんですが、回路の各点の電圧を調べていきます。なぜかというと電圧さえ分かれば電流はスルスルと分かっていくからです!なので回路の問題を解くときには各点の電圧を求めることを方針として問題を解いていってください!

そこで直列接続の抵抗が2つある場合どういう風に電圧がかかるのかを求める方法を紹介します。これは分圧の法則といわれるもので覚えておくとかなり速く問題が解けるでしょう。結果としては画像のようになります。抵抗の値が大きいとそれだけかかる電圧が大きいということですね。これで画像の式でどちらに代入するかド忘れしてしまっても思い出すことができます!

最後に並列接続の場合それぞれの抵抗にどれだけの電流が流れるのかを求める方法も紹介しておきますね。これは分流の法則といって画像のような式で求められます。抵抗の値が小さな方に多くの電流が流れるということに数値を代入していただくと分かりますね。これで先ほどの式と同じようにどちらが分子なのか忘れてしまってもそのことを覚えておけば思い出すことができます!

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