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抵抗率

を使い、導線の長さ・断面積・抵抗率から抵抗値を求められる。体積一定で引きのばしたときの抵抗値の変化(長さ 倍で抵抗 倍)も求められる

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説明

抵抗率を使うと、導線の材質・長さ・太さから、その導線の抵抗値を計算できます。抵抗値は で求めます。ここで は長さ、 は断面積、 は抵抗率です。電熱線の抵抗を見積もるときや、導線を引きのばしたり太いものに取りかえたりしたときに抵抗がどう変わるかを調べるときに使います。

なぜそうしてよいのか

同じ材質・同じ太さで、抵抗 の導線を 2 本用意して考えます。2 本を端どうしでつなぐと、長さが 2 倍の 1 本の導線と同じです。これは直列接続なので、合成抵抗は になります。一方、2 本を横に並べて両端をそろえてつなぐと、断面積が 2 倍の 1 本の導線と同じです。これは並列接続なので、 より です。本数を 本に増やしても同じように考えられます。したがって、抵抗は長さ に比例し、断面積 に反比例します。

この比例関係を と書きます。比例定数 (ロー)を抵抗率といいます。抵抗率は材質(と温度)だけで決まり、導線の長さや太さには関係しません。 なので、単位は です。

導線を体積を変えずに引きのばす場合を考えます。体積 が一定なので、長さが 倍になると断面積は 倍になります。抵抗は となり、 倍になります。長さが増えることと細くなることの両方が、抵抗を大きくするからです。

手順

  1. 抵抗率 (単位 )、長さ 、断面積 を読み取り、単位を m と にそろえる()。

  2. 断面積が与えられず半径 が与えられているときは、 で断面積を求める。

  3. に代入して抵抗値を計算し、指定された有効数字に丸める。

  4. 体積一定で引きのばすときは、長さ 倍なら断面積が 倍になることを使う。抵抗は となる。

例題

抵抗率 のニクロム線があります。長さは 、断面積は です。このニクロム線の抵抗は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。温度による抵抗率の変化は考えないものとする。

例題の解答

手順1:単位をそろえます。、 です。断面積は です。
手順2:断面積は与えられているので、 の計算は必要ありません。
手順3: に代入します。
よって、抵抗は です。

答え:

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

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