電流と回路（知識）の問題

電力・電力量とジュール熱について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、抵抗の抵抗値は温度によって変化しないものとする。

• ア　電力量は、電力を電流が流れた時間で割ったものであり、単位にはジュール（J）が用いられる。
• イ　電力の単位ワット（W）は、1 秒間あたりに 1 J の電気エネルギーが消費されることを表し、$1\mathrm{W}=1J/s$ である。
• ウ　電力量の単位キロワット時（kWh）は、1 kW の電力を 1 秒間使ったときの電力量を表す。
• エ　ある抵抗に流れる電流を 2 倍にすると、同じ時間に発生するジュール熱も 2 倍になる。

電力・電力量とジュール熱について述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、抵抗の抵抗値は温度によって変わらないものとする。

• ア　抵抗で単位時間あたりに発生するジュール熱は、抵抗を流れる電流の大きさに比例する。
• イ　電力の単位はワット（記号 W）であり、1 W は 1 秒間あたり 1 J の電気エネルギーが消費される割合である。
• ウ　電圧 $V$ が加わった抵抗に電流 $I$ が時間 $t$ だけ流れたとき、抵抗で消費される電力量は $VIt$ である。
• エ　同じ大きさの電圧を加えたとき、抵抗値が大きい抵抗ほど消費電力が大きい。
• オ　ジュール熱は、導体の中を移動する自由電子が陽イオンに衝突し、陽イオンの熱振動を激しくすることによって発生する。

起電力 $E$、内部抵抗 $r$ の電池に、スイッチと可変抵抗を直列につないで回路をつくり、電池の正極と負極の間に電圧計をつないで端子電圧 $V$ を測定した。電池の起電力と内部抵抗は一定であり、電圧計には電流が流れないものとする。このときのようすについて述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　スイッチを入れたまま可変抵抗の抵抗値を小さくして、回路を流れる電流を大きくすると、端子電圧 $V$ は大きくなる。
• イ　スイッチを切って回路を流れる電流を $0$ にすると、端子電圧 $V$ は起電力 $E$ に等しくなる。
• ウ　端子電圧 $V$ と起電力 $E$ の差は、回路を流れる電流の大きさによらず一定である。
• エ　内部抵抗 $r$ は、電池の外につないだ可変抵抗の抵抗値のことである。

銅の導線と、不純物を含まないケイ素（シリコン）の試料を用意した。それぞれの両端に一定の電圧を加えたまま、全体の温度を $20{}^{\circ }\mathrm{C}$ から $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ までゆっくり上げ、流れる電流を調べた。温度による導線や試料の長さ・断面積の変化は無視できるものとする。この実験について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　温度を上げると、銅の導線を流れる電流は小さくなる。
• イ　温度を上げると、ケイ素の試料を流れる電流は大きくなる。
• ウ　銅の抵抗率が温度とともに変化するのは、金属の陽イオンの熱振動が激しくなり、自由電子の移動が妨げられやすくなるためである。
• エ　ケイ素の抵抗率が温度とともに変化するのは、電流を運ぶ自由電子やホールの数が増えるためである。
• オ　銅の抵抗率が温度とともに変化するのは、温度が上がると電流を運ぶ自由電子の数が減るためである。

東西方向にまっすぐ張った金属の導線の両端に電圧を加えたところ、導線の内部に東向きの一様な電場ができた。このとき、導線の中の自由電子が移動する向きと、導線を流れる電流の向きの組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　自由電子は東向きに移動し、電流は東向きに流れる。
• イ　自由電子は西向きに移動し、電流は東向きに流れる。
• ウ　自由電子は東向きに移動し、電流は西向きに流れる。
• エ　自由電子は西向きに移動し、電流は西向きに流れる。