【理科のコツ】豆電球と回路/電流と電磁石
豆電球と回路
こんな問題を見たことはありますか？
ちょっと難しく見えるけど、電流っていうもののイメージをしっかり掴むだけである程度問題が解けるようになります。
電流って何？
「電流」って聞いたことありますか？実は電流の正体は1900年代ぐらいに入るまでは、「何か流れてるなぁ……」というのは分かっていたんだけど、何が流れてるかまでは分かっていなかったんですよ。色々研究が進んで、アンペールさんっていう研究者が、電流が流れた結果として磁場を発生させている、っていうことを発見したんですよ。電流の単位のである「アンペア」もそのアンペールさんの名前からとられているそうです。
電流のイメージをつかもう！
電流は「水の流れ」というイメージを持ちましょう。
まずは下図の説明をしていきます。
① 
マークは乾電池などの電池を表す記号です。大きい方が＋で小さい方が－で＋から－に水が流れる感じです。
②
交番の地図記号ではありません(笑)。豆電球などの電球を表す記号です。イメージが付かない場合は冷蔵庫とか洗濯機などの「家電」だと思っておいて下さい(笑)で、この「家電」を回路に繋げると電気が流れづらくなります。このことを「電気抵抗」と呼んでいます。イメージで言えば、ここに置いてある家電が邪魔なので水が流れづらくなる、みたいな感じです。この「流れづらいエネルギー」というものが電球などを光らせたりしてるわけです。
また、この電池っていうのはは水を押し出す電気の圧力って書いてるよね。電圧って聞くと、水の圧力で押し出す力と教わってる人もいるかな。個人的には、電圧という単位ボルトという単位を使うんだけどこの電圧は高さと思ってください。例えば６ボルトという電池だとしたら、６ｍの高さから水を流すイメージを持って下さい。高低差がなかったら置いてある水は流れてこないですよね。高低差が６ｍになると水が流れていきます。
そして、色々な問題を作ることができます。1本道で繋がっている、一筆書きで一周回れるようなものを「直列回路」と言います。そして、枝分かれてししまう回路のことを「並列回路」と言います。このように、直列回路が並列回路かっていうふうに、回路の違いによって電流の流れ方、電圧のかかり方が変わってきます。これが難しいけど、暗記に頼って計算するではなく、どういった仕組みで電流が流れてるのかをしっかり理解することで、この続きの問題、色んな問題が解けてくるようになります。
電気の世界では
・電流＝水の流れ
・電圧＝水を流そうとする高低差
・豆電球(抵抗)＝電気を流れにくくするディフェンダー
ディフェンダーも１人よりも２人の方が通りにくいのと同じように、抵抗が１個より２個の方が絶対流れにくい。対して想像ができる。こういうイメージをしっかり掴んで一緒に勉強していきましょう。
電流と電磁石
今回は電磁石という所のジャンルを喋ろうかと思います。
このような問題がいっぱいありますが、見た事ありますか？初めて見ますか？電流は聞いた事ありますよね？電流を流すと磁石を作れます。昔、エルステッドという大学の先生がいました。その人が電流を流して遊んでいたら、方位磁針が動くという事に気が付きました。アンペアという電流の単位の元となったアンペールさんが、面白いから研究する、と言ってその年に論文を作り上げます。そこで、こういう法則でこういうふうに磁石の磁場が出来るという数式を作り上げてしまいます。それが1900年頃です。そのぐらいの、つい最近になって分かってきた事になります。
そして、電流を流すと、磁場という磁石のパワーが生まれます。
どんな感じで生まれるのかというと、右手でグッドです👍この右手の親指の向きが電流の向きだと思って下さい。電流の向きがこのように流れると、この指4本のように磁場が出来上がります。なので、こちらに電流が流れると、こういうように磁場が出来上がります。例えば、図1の状態の場合です。図1のここでスイッチオン、とします。そうすると、電流がこのようにプラスからマイナスに流れいきますよね？この図を見て分かりますか？方位磁針が銅線の下にないですか？
だから3D的に言うと、銅線の下に方位磁針があって、この銅線をこちらからこちらへ、皆から見ると手前から奥の感じに電流が流れます。すなわち、電流がこう流れます。そうすると、磁場が出来ます。これが、右ネジの法則という名前でテキストによく書いてあります。もうちょっとガチな話で言うと、先ほどのアンペールさんからアンペールの法則という呼ばれ方もあります。さすがに難しいので、右ネジの法則で大丈夫です。ネジを回す方向に磁場出来ると言われています。電磁石とタイトルにも書いていますが、逆にただのコイルについてもお話します。コイルを作った事はありますか？針金をくるくる巻くだけです。このコイルに磁石を近付けると、電流が流れます。摩訶不思議ですよね。乾電池を付けていないただの針金をくるくる巻いただけなのに、磁石を近付けただけで電流が流れます。
電流を流すと磁場が出来、磁場を近付けると電流が流れる、という関係性があり、受験の問題ではよく狙われる分野になっています。特に、電流、磁場、電流、磁場といって波になったものが電磁波と呼ばれるものです。我々が目で見ているこの光や携帯の電波とかです。赤外線や紫外線、X線という電磁波にも問題として発展していきます。なので、まずは電流を流すと磁場が出来るというベースになっているこの仕組みを理解して、色んな問題が解けるようになっていくといいと思います。という事で、ここのジャンルも一緒に勉強していきましょう。
まとめ
| ポイント | 内容 |
|---|---|
| 電流とは？ | – 電流は水の流れのようなイメージ。 – 電流の単位は「アンペア(A)」。 – 電池は電流を押し出す圧力を持ち、単位は「ボルト(V)」。 – 電流は＋極から－極に流れると考える。 |
| 直列回路と並列回路 | – 直列回路：一筆書きで回れる形状。電流は全ての部品を通過。 – 並列回路：枝分かれしている形状。各枝で電流が分配される。 |
| 電磁石と磁場 | – 電流を流すと磁場が発生。 – 右手の法則：親指が電流、指が磁場の向きを示す。 – コイルに磁石を近づけると電流が流れる現象が起こる。 |
クイズ
| 問題 | 選択肢 | 正解を見る |
|---|---|---|
| 1. 電流の単位はどれですか？ | A. ボルト B. アンペア C. ワット D. ジュール |
|
| 2. 電池の＋極から－極に流れるのは何のイメージですか？ | A. 水の流れ B. 空気の流れ C. 光の屈折 D. 波の動き |
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| 3. 直列回路の特徴は？ | A. 電流が枝分かれする B. 電流が全ての部品を通る C. 電流が途中で止まる D. 電圧が一定 |
|
| 4. 並列回路での電流の特徴は？ | A. 電流は一方向だけ流れる B. 電流が枝分かれする C. 電流は変化しない D. 電圧が減少する |
|
| 5. 電流を流すと何が発生しますか？ | A. 電気抵抗 B. 磁場 C. 電圧 D. 波長 |
|
| 6. 右手の法則で親指が示すのは何の向きですか？ | A. 電流 B. 磁場 C. 電圧 D. 抵抗 |
|
| 7. コイルに磁石を近づけると何が発生しますか？ | A. 電流 B. 電圧 C. 熱 D. 光 |
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| 8. 電流と磁場が交互に変化すると何が発生しますか？ | A. 静電気 B. 電磁波 C. 赤外線 D. 紫外線 |
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| 9. 電球における電気抵抗の役割は？ | A. 電流を加速する B. 電流を光や熱に変換する C. 電圧を上げる D. 回路を切断する |
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| 10. 電圧をイメージするのに適切なのは？ | A. 水の量 B. 水の流れる速度 C. 水を流す高さの差 D. 水の温度 |
