【基礎から学ぶ直流回路】 直列接続の考え方

電気電子
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基本的に”イメージ”を意識した内容となっておりますので、基礎知識の無い方への入門向きです。
じっくり学んでいきましょう!

電気回路の接続方法には、「直列接続」「並列接続」の2つの方法があります。
今回は、「直列接続」についての説明です。
「並列接続」についての説明が必要な方はこちらをご覧下さい。

直列接続

2個以上の抵抗を1列に真っ直ぐ繋ぐ接続方法。電流が一定。直列接続時の合成抵抗は、各抵抗値の和に等しい。電圧が抵抗値の比で比例配分される。

直列接続

直列接続の特徴について詳しく説明していきます。

2個以上の抵抗を1列に真っ直ぐ繋ぐ接続方法=直列接続ですので、以下のように複数の抵抗が繋がっている状態は直列接続されていると言えます。
ちなみに、R1は1個目の抵抗、Rnはn個目の抵抗を表しています。

直列接続・並列接続に関わらず、抵抗成分は合成して1つの抵抗(合成抵抗と呼ぶ)にすることが可能です。
図のR0が合成抵抗にあたります。
直列接続では、接続されている各抵抗値の和が合成抵抗になります
式で表すと、以下のようになります。

なぜ直列接続の合成抵抗が各抵抗値の和になるかと言うと、直列接続時は回路に流れる電流が一定だからです。
R1とR2が直列接続されている回路(図1)と、R1とR2の合成抵抗であるR0で構成される回路(図2)を比較して考えてみましょう。

R1にかかる電圧はV1、R2にかかる電圧はV2、回路全体にかかる電圧はV0です。
図1と図2のそれぞれの回路には同じ起電力の電源を繋いでいるので、回路全体にかかる電圧V0は同じになると考えてください。
オームの法則から、各抵抗にかかる電圧を算出し、図1と図2でそれぞれV0を求めます。
計算した結果が橙塗り部分です。
図1と図2とでV0は同じ値になっているので、赤塗り部分が求められます。
この結果から、R0=R1+R2という関係が見出せますので、直列接続では接続されている各抵抗値の和が合成抵抗になると言えます。

直列接続時に回路に流れる電流が一定となる理由は、現時点で詳しく理解しようとすると混乱すると思いますので、簡単にまとめました。
気になる方は以下のボタンを押して下さい。

電流は電子の流れのことです。電流1Aにつき、1秒間に通過する電子の個数は決まっています。つまり、通過する電子の個数が変化しなければ電流も変化しません。抵抗の中には元々電子があります。抵抗に電子が入ってくると、入ってきた分に相当する電子を抵抗内から追い出します。その為、抵抗に入る前後の電子の移動個数に変化はありません。なので、直列接続して一本道になっている経路では電子の移動個数が変化することはない=電流が一定ということになります。

また、直列接続時に回路に流れる電流が一定である為、電圧が抵抗値の比で比例配分されるという特性も出てきます。
図1にて、2つの抵抗が直列接続されている回路で、V1=R1I、V2=R2Iという関係が成り立っていました。
この2式を変形すると以下のようになります。

つまり、回路全体の電圧V0は、R1:R2の比で分けることができます
これを比例配分と呼び、比例配分した各抵抗の電圧(図1のV1、V2)のことを分電圧ぶんでんあつと呼びます。
図1の分電圧を式で表すと以下のようになります。

分電圧は、全体の電圧(V0)に各抵抗値をかけて、合成抵抗で割ることで求められます
つまり、V1を求めたいならR1、V2を求めたいならR2が分子にあたります。
また、3つ以上の抵抗を直列接続する場合も考え方は同じです。

以上、「直列接続」についての説明でした。


【基礎から学ぶ直流回路】

◎電気回路の基礎 ~そもそも電気回路とは?
◎回路図の描き方 ~初心者は知っておきたい基本的なルール
◎抵抗の基礎 ~種類やカラーコードの見方
◎直列接続の考え方

◎並列接続の考え方
◎導体の電気抵抗
◎キルヒホッフの法則
◎重ね合わせの理
◎テブナンの定理

◎ノートンの定理
◎テブナンの定理とノートンの定理の関係
◎ミルマンの定理
◎ブリッジ回路と平衡条件

◎ホイートストンブリッジ回路とメートルブリッジ回路
◎ブリッジ回路のΔ-Y変換
◎電圧源と電流源

◎電圧源と電流源を含む回路の考え方
◎電圧源と電流源の接続方法の注意点
◎電力とジュールの法則
◎チップ抵抗器の定格電力と外形寸法表記
◎最大電力 ~最小定理の考え方
◎複数の電源から供給される電力の割合

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