電流と回路の問題
起電力 の電池に、抵抗値 の抵抗 を直列につなぎ、その先に抵抗値 の抵抗 と抵抗値 の抵抗 を並列につないだものを接続して、1 つの閉じた回路をつくった。つまり、電池の正極から出た電流はまず を通り、そのあと と に分かれて流れ、ふたたび合流して電池の負極にもどる。電池の内部抵抗と導線の抵抗は無視できるものとする。このとき、抵抗 を流れる電流の大きさは何 A か。
この問題で使うもの
- オームの法則と合成抵抗(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(8 技能)
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ヒント
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ヒント 1
オームの法則 と、直列・並列の合成抵抗の式を使います。まず回路全体の合成抵抗を求めましょう。
ヒント 2
並列部分は 、そこに を直列に足して全体の抵抗を出します。並列部分にかかる電圧が分かれば、 の電流が求まります。
ヒント 3
並列部分の合成抵抗は 、全体は なので、電池から流れる電流は です。並列部分の電圧は になります。
答えと解説
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解説を読む
オームの法則 と合成抵抗の式を使います。
1. 並列部分の合成抵抗を求める
と は並列なので、合成抵抗を とすると
よって です。
2. 回路全体の合成抵抗を求める
と並列部分()は直列なので、全体の合成抵抗 は
3. 電池から流れ出る電流を求める
内部抵抗が無視できるので、回路全体に の電圧がかかります。オームの法則より
この電流は直列につながった にも、並列部分全体にも流れます。
4. 並列部分にかかる電圧を求める
並列部分(合成抵抗 )に が流れるので、その両端の電圧は
並列接続では各抵抗にかかる電圧が等しいので、 にも がかかります。
5. を流れる電流を求める
(確認: には が流れ、 で全体の電流と一致します。)
よって、答えは です。
別解
と の並列部分の合成抵抗 は より 。回路全体の合成抵抗は 。全電流は 。 での電圧降下は なので、並列部分にかかる電圧は 。 を流れる電流は 。検算: を流れる電流は で、 となり全電流と一致する。