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、抵抗の大きさがわからない電熱線 B、電圧計を用いて、次のような回路をつくった。
- 電源、電熱線 A、電熱線 B を、導線で直列につないで 1 つの輪になるようにした。
- 電圧計を電熱線 A の両端に並列につないだ。
この回路に電流を流したところ、電圧計は を示した。電熱線 B の抵抗の大きさは何 ですか。
この問題で使うもの
- 直列回路の電流・電圧・抵抗(説明と入口の問題)
- オームの法則(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
直列回路では、それぞれの電熱線に流れる電流は等しく、各電熱線に加わる電圧の和が電源の電圧になることを使います。
ヒント 2
電熱線 A の電圧と抵抗から、オームの法則 で回路を流れる電流を求めましょう。
ヒント 3
回路を流れる電流は 、電熱線 B に加わる電圧は です。あとはオームの法則で抵抗を求めます。
答えと解説
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解説を読む
直列回路では、回路のどこでも流れる電流の大きさは同じです。また、各電熱線に加わる電圧の和は電源の電圧に等しくなります。
まず、電熱線 A に流れる電流をオームの法則(電圧 抵抗 電流)から求めます。電熱線 A に加わる電圧は 、抵抗は なので、
直列回路なので、電熱線 B にも の電流が流れます。
次に、電熱線 B に加わる電圧は、電源の電圧から電熱線 A に加わる電圧を引いて
よって、電熱線 B の抵抗の大きさは、オームの法則より
答えは です。
別解
電熱線Aと電熱線Bは直列につながっているので、流れる電流は等しい。
電圧計は電熱線Aの両端につながれているので、Aにかかる電圧は 。
Aを流れる電流は、オームの法則より 。
直列回路では各部分の電圧の和が電源電圧に等しいので、Bにかかる電圧は 。
Bを流れる電流も なので、Bの抵抗は 。
検算:直列の全抵抗は 、全体の電流は 。Aの電圧は で、問題文と一致する。
また、直列では抵抗の比が電圧の比に等しく、 となり一致する。