電流と回路の問題
起電力 の電池に、抵抗値 の抵抗 と、抵抗値 の抵抗 、抵抗値 の抵抗 をつないだ回路がある。 と は並列に接続されていて、この並列部分が と直列に接続され、その両端が電池につながっている。電池の内部抵抗と導線の抵抗は無視できるものとする。 を流れる電流の大きさは何 A か。有効数字 2 桁で答えよ。
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
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
オームの法則 と、直列・並列の合成抵抗の式を使います。まず回路全体を 1 つの抵抗とみなして、電池から流れる電流を求めましょう。
ヒント 2
並列部分の合成抵抗は 、全体の合成抵抗はそれに を足したものです。並列部分では各抵抗にかかる電圧が等しくなります。
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。次に並列部分にかかる電圧を求め、 にオームの法則を使いましょう。
答えと解説
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解説を読む
手順 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
より である。
手順 2: 回路全体の合成抵抗を求める。
並列部分と は直列なので、全体の合成抵抗 は
手順 3: 電池から流れ出る電流を求める。
回路全体にオームの法則 を使うと、電池から流れる電流 は
この電流は直列につながった と並列部分の全体を流れる。
手順 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、並列部分の両端の電圧は
並列接続では各抵抗にかかる電圧は等しいので、 にも かかる。
手順 5: を流れる電流を求める。
にオームの法則を使うと
(確認: には が流れ、 で全体の電流と一致する。)
よって答えは である。
別解
と の合成抵抗 は より 。全体の合成抵抗は 。全電流は 。並列部分の電圧は 。したがって 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。また、 の電圧降下は で、 となり起電力と一致する。