Lab.サヌキテックネット「ものづくり:make」を楽しみながら学ぶ人へ向けた独習サポートサイト。Lab.では、これから電子工作を始める人に向けた情報や作例を紹介しています。基本かつ最も重要な関係式の一つである「オームの法則」を解説します。1-1-1.閉じた水路を考える電気の流れを説明する時、よく、流れる水に例えられます。ここでは、ポンプから押し出された水が、水車を回す例を考えてみます。説明に使うのは、図1-1-1-1です。図1-1-1-1.閉じた水路まず最初に、使用するマークについて紹介します。図1-1-1-2のマークは、ポンプです。ポンプは、水の流れを作ります。マークの中に描かれた矢印は、水を押し出す方向と、力の大きさを表しています。この図では、右側へ水を押し出しています。図1-1-1-2.ポンプ図1-1-1-3のマークは、水車です。水車は、流れる水によって回ります。マークの中に描かれた水車は、その羽の大きさを表しています。この図では、右側から流れ込む水によって、水車が回っています。図1-1-1-4は、ポンプから押し出された水が、水車へ伝わるように、水の流れるパイプで接続したものです。図中の赤い矢印が、水の流れる方向と大きさ(流れる量)を表しています。ポンプから押し出された水は、水車を通って、再びポンプに戻ってくる「閉じた水路」です。この図を使って、水の流れるようすを観察します。図1-1-1-4.閉じた水路1-1-2.ポンプに注目するまず、ポンプに注目して「水の流れ」を見てみましょう。赤い矢印は、ポンプの力によって水が押し出され、パイプを通って水車に伝わり、再びパイプを通ってポンプに戻るようすを表しています。この赤い矢印が「水の流れ」であり「水の流れる量」には、ポンプの力による「水を押し出す力」が関係しているといえます。図1-1-2-1.ポンプが押し出して流れる水では、ポンプの力が変化すると「水の流れる量」はどうなるでしょうか。ポンプの力が弱まると・・・(緑色の矢印が小さくなると・・・)「水の流れる量」が少なくなりました。(赤色の矢印も小さくなりました。)図1-1-2-1.ポンプの力が弱まると・・・これは、ポンプの力が弱まることで「水を押し出す力」が小さくなり、その結果「水の流れる量」が少なくなったと考えられます。1-1-3.水車に注目する次に、水車に注目して「水の流れ」を見てみましょう。水車の動きを考えます。水車は、流れる水が羽に当たり、その力によって羽が送り出されることで、車軸を中心にして回転します。流れる水が羽に当たるということは、そこで「水の流れ」が弱まるということです。「水の流れ」には、水車による「水の流れを妨げる力」が働いているということになります。図1-1-3-1.流れる水によって回転する水車では、水車の大きさが変化すると「水の流れる量」はどうなるでしょうか。水車が小さくなると・・・(水車のマークが小さくなると・・・)「水の流れる量」が多くなりました。(赤色の矢印は大きくなりました。)図1-1-3-2.水車が小さくなると・・・これは、水車が小さくなることで「水の流れを妨げる力」が弱くなり、その結果「水の流れる量」が多くなったと考えられます。1-1-4.閉じた水路からわかること「閉じた水路」から、次のようなことがわかりました。「水の流れる量」が多く(少なく)なるどうやら「閉じた水路」では、「水の流れる量」に「水を押し出す力」と「水の流れを妨げる力」の二つが深く関係しているようです。1-1-5.あらためて電気の流れを考えるでは、あらためて電気の流れを考えてみましょう。水の流れと、電気の流れはとてもよく似ています。図1-1-5-1を見てください。これは「閉じた水路」を、電気の世界に置き換えたものです。「閉じた水路」に相当するものを「電気回路」、または対象を電子工学(弱電)に限って「電子回路」といいます。図1-1-5-1.電気回路(または電子回路)「ポンプ」に相当するものを「直流電源」といい、代表的なものに乾電池があります。ポンプが水を押し出すように、直流電源は一定の力で電気を押し出します。この「電気を押し出す力」を「電圧」といい、V(ボルト)という単位で表されます。乾電池の電圧は、種類によって1.5V(円筒型単電池)・9V(平形6層電池)などがあります。図1-1-5-2は、直流電源を表す記号です。縦の長い線側をプラス極(+)、短い線側をマイナス極(-)といい、プラス極から押し出された電気は、接続された電気回路(電子回路)を通ってマイナス極へ流れます。「水車」に相当するものを「抵抗器」といいます。水車が水の流れを妨げるように、抵抗器は電気の流れを妨げます。この「電気の流れを妨げる力」を「抵抗」といい、Ω(オーム)という単位で表されます。図1-1-5-3は、抵抗器を表す記号です。図1-1-5-4は、直流電源に抵抗器をつないだ電気回路(電子回路)です。赤い矢印は、電気の流れです。電気は、直流電源のプラス極から電気を押し出す力(電圧)によって送り出され、抵抗器で電気の流れを妨げる力(抵抗)を受け、再び直流電源のマイナス極へ戻るようすを表しています。図1-1-5-4.電気の流れるようす前述の「閉じた水路」では、「水の流れる量」に「水を押し出す力」と「水の流れを妨げる力」の二つが深く関係していました。「水の流れる量」が多く(少なく)なる電気回路(電子回路)でも、「閉じた水路」と同じ関係が成り立ちます。「電気の流れる量」が多く(少なく)なる電気の世界では、この「電気の流れる量」を「電流」といい、A(アンペア)という単位で表されます。電子回路では、1000分の1のmA(ミリアンペア)がよく使われます。「電圧」は「電気を押し出す力」、「電流」は「電気の流れる量」、「抵抗」は「電気の流れを妨げる力」でした。関係をみてみましょう。「電流」が多く(少なく)なるどうやら、電圧と電流には「比例」、抵抗と電流には「反比例」の関係がありそうです。実は、この関係を「オームの法則」といい、次の式で表されます。図1-1-6-1.オームの法則(電流=電圧÷抵抗)また、同式を変形すれば、以下の二式が導けます。いずれか二つが決まれば、残りの一つが計算式によって求められるということになります。図1-1-6-2.オームの法則(抵抗=電圧÷電流)図1-1-6-3.オームの法則(電圧=電流×抵抗)オームの法則は、基本かつ最も重要な関係式の一つです。以下に、いくつか計算例を紹介します。抵抗が10Ωの抵抗器に5Vの電圧を加えた場合、電流は0.5A(500mA)である。電子工作の基礎1-2.直列接続と並列接続この記事を読んだ人は、こんな記事にも興味があります。Lab.では、これから電子工作を始める人に向けた情報や作例を紹介しています。泉保宗也(せんぼむねや)。