回路の性質と計器の使い方

直列回路・並列回路の用語を答えられ、それぞれの回路での電流・電圧の性質（和になるか等しいか）や、豆電球を 1 つはずしたときのようすから回路のつなぎ方を判定でき、電気用図記号の意味と、電流計・電圧計のつなぎ方（直列・並列）や端子の選び方（大きい値の−端子から使う）を答えられる

前提

中学までに習ったことだけで始められます。

説明

電気の通り道が 1 本の輪になっている回路を直列回路、途中で枝分かれしている回路を並列回路といいます。この技能を身につけると、回路のようすや実験の結果からつなぎ方を見分け、それぞれの回路で電流・電圧がどうなるか（和になるか、等しいか）を答えられるようになります。あわせて、回路図に使う電気用図記号の意味と、電流計・電圧計の正しいつなぎ方や端子の選び方も答えられるようになります。

なぜそうしてよいのか

電流は、水路を流れる水のように、回路の中で途中から増えたり減ったり消えたりしません。直列回路では通り道が 1 本しかないので、どこで測っても電流の大きさは同じです。並列回路では枝分かれする点で電流が分かれ、合流する点でまた集まるので、枝分かれする前の電流は、それぞれの枝を流れる電流の和になります。また、直列回路で豆電球を 1 つはずすと、ただ 1 本の通り道が切れるので、ほかの豆電球もすべて消えます。並列回路では、はずした豆電球の枝が切れるだけで、ほかの枝には電流が流れ続けるので、残りの豆電球はついたままです。

電圧は、電流を流そうとするはたらきの大きさで、電源が回路全体に与える「高さの差」のようなものと考えられます。直列回路では、電源の電圧が順に並んだ各部分に分けられるので、各部分の電圧の和が電源の電圧（全体の電圧）に等しくなります。並列回路では、それぞれの枝の両はしが同じ 2 点につながっているので、どの枝にも電源と同じ大きさの電圧が加わります。

電流計は「その場所を通る電流」を測る器具なので、測りたい部分と 1 本の道になるように直列につなぎます。電圧計は「2 点の間の電圧」を測る器具なので、測りたい部分の両はしにまたがるように並列につなぎます。電流計を電源に直接つなぐなどすると大きな電流が流れて計器がこわれるおそれがあるので、つないではいけません。また、測る値の見当がつかないときは、針が振り切れてこわれないように、いちばん大きい値の−端子から使い始めます。

手順

回路の電気の通り道をたどり、枝分かれがなく 1 本の輪なら直列回路、途中で枝分かれしていれば並列回路と判定する（豆電球を 1 つはずしてほかも消えれば直列、ほかがついたままなら並列）
電流の性質を当てはめる。直列回路では各点の電流は等しい（ $I = I_{1} = I_{2}$ ）。並列回路では枝分かれ前の電流が各枝の電流の和（ $I = I_{1} + I_{2}$ ）になる
電圧の性質を当てはめる。直列回路では各部分の電圧の和が全体の電圧（ $V = V_{1} + V_{2}$ ）。並列回路では各部分の電圧が全体の電圧と等しい（ $V = V_{1} = V_{2}$ ）
電気用図記号を読む。長い線と短い線の組が電源（長い線が＋極）、丸に A が電流計、丸に V が電圧計、長方形が抵抗器（電熱線）、丸に × が電球を表す
計器をつなぐ。電流計は測りたい部分に直列に、電圧計は測りたい部分に並列につなぎ、＋端子は電源の＋極側につなぐ
−端子を選ぶ。値の見当がつかないときは、いちばん大きい値の−端子（電流計なら 5 A、電圧計なら 300 V）につなぎ、針の振れが小さければ順に小さい値の端子につなぎかえる

例題

2 個の豆電球と電源を導線でつないだ回路がある。豆電球の 1 個をソケットからはずしたところ、もう 1 個の豆電球も消えた。この回路のように、電流の通り道が枝分かれせずに 1 本になっている回路を何というか。

例題の解答

手順 1 を使う。豆電球を 1 個はずすと、もう 1 個も消えたので、はずした豆電球の位置で電流の通り道がとぎれ、回路全体に電流が流れなくなったことがわかる。これは電流の通り道が 1 本しかない、つまり枝分かれしていないことを示している（枝分かれしていれば、もう一方の枝に電流が流れ続け、残りの豆電球はついたままになる）。したがって、この回路は直列回路である。

答え:

直列回路

よくある誤り

並列回路でも各枝の電流が等しいと考えてしまう誤り。正しくは、並列回路では枝分かれ前の電流が各枝の電流の和（ $I = I_{1} + I_{2}$ ）になり、各枝の電流は等しいとは限らない
直列回路でも各部分の電圧が電源の電圧と等しいと考えてしまう誤り。正しくは、直列回路では各部分の電圧の和が全体の電圧（ $V = V_{1} + V_{2}$ ）になる。各部分の電圧が全体の電圧と等しいのは並列回路（ $V = V_{1} = V_{2}$ ）
電流計を測りたい部分に並列に、電圧計を直列につないでしまう誤り。正しくは、電流計は直列に、電圧計は並列につなぐ。電流計を並列につないだり、電源に直接つないだりすると大きな電流が流れて計器がこわれるおそれがある
値の見当がつかないのに、いちばん小さい値の−端子（電流計の 50 mA など）から使ってしまう誤り。正しくは、針が振り切れないように、いちばん大きい値の−端子（電流計なら 5 A、電圧計なら 300 V）から使い、振れが小さければ小さい値の端子につなぎかえる

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

難易度 1（教科書の例題レベル）
電流計と電圧計の使い方について述べた文として正しいものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
- ア　電流計の＋端子は、電源の＋極側の導線につなぐ。
- イ　電流計は、電流をはかりたい部分に並列につなぐ。
- ウ　電圧計は、電圧をはかりたい部分に直列につなぐ。
- エ　電流の大きさが予想できないときは、電流計の−端子のうち、最も小さい値の端子から使う。

この技能を使う問題

	a	b
ア	直列	$50 mA$
イ	並列	$5 A$
ウ	並列	$50 mA$
エ	直列	$5 A$

この技能の次に学べること

電流と磁界・電磁誘導の用語（中学理科物理分野の用語と知識）