電流と電圧の問題
電圧 の電源、抵抗の大きさが の電熱線 A、 の電熱線 B、抵抗の大きさがわからない電熱線 C を用いて、次のような回路をつくった。
電熱線 B と電熱線 C を並列につなぎ、その並列部分と電熱線 A を直列につないで、全体を電源につなぐ。
電源のスイッチを入れると、電熱線 A に流れる電流は であった。電熱線 C の抵抗の大きさは何 ですか。ただし、導線や電源の抵抗は考えないものとします。
この問題で使うもの
- 直列と並列を組み合わせた回路(説明と入口の問題)
- オームの法則(説明と入口の問題)
- 直列回路の電流・電圧・抵抗(説明と入口の問題)
- 並列回路の電流・電圧・抵抗(説明と入口の問題)
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
まず電熱線 A に加わる電圧をオームの法則で求め、電源の電圧から並列部分に加わる電圧を求める。
ヒント 2
並列につないだ部分では、それぞれの電熱線に加わる電圧は等しい。また、A を流れた電流は B と C に分かれ、その和は A の電流に等しい。
ヒント 3
並列部分の電圧は で、B に流れる電流は となる。C に流れる電流を求めてオームの法則を使う。
答えと解説
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解説を読む
電熱線 A に加わる電圧
オームの法則(電圧 抵抗 電流)より、A に加わる電圧は
並列部分に加わる電圧
直列回路では、各部分の電圧の和が電源の電圧に等しいので、並列部分(B と C)に加わる電圧は
並列につないだ B と C には、どちらにも同じ が加わる。
B と C に流れる電流
B に流れる電流は
A を流れた電流 が B と C に分かれて流れるので、C に流れる電流は
C の抵抗
よって、電熱線 C の抵抗の大きさは である。
別解
電熱線 A にかかる電圧は V。直列なので、並列部分(B と C)にかかる電圧は V。電熱線 B に流れる電流は A。A に流れる電流 A は B と C に分かれて流れるので、C に流れる電流は A。よって C の抵抗は Ω。
検算: B と C の合成抵抗は 。 より合成抵抗は 3 Ω で一致。全体の抵抗 、電流 A で問題文と合う。