直流回路(その1)

目次

電流とは何か

電流とは,導線の任意の切り口を単位時間に通過する電気量のこと.時間dtの間にdQの電気量が通過している時の電流をIとすると,I = dQ / dt ----> dQ = I dt と書ける.

導体中を流れる電流の電気素量,電子の速度などによる表現

断面積S[m2]の導線中を流れている電子の平均の速さをv[m/s],電荷を-e[C]とし,導線中の1[m3]あたりに含まれている自由電子の個数をn[個]とすると,1秒間に導線中の任意の断面を通過する電子の存在する空間の体積,個数,電気量は,それぞれvS[m3],vSn[個],vSne[C]となる.これから,電流の強さは,I = vSne [A]となる.

電流の単位[A(アンペア)]とは何か?

通過電気量による定義

導線の切り口を毎秒1[C]の電気量が流れているときの電流の強さを1[A]という.---> 1[A] = 1[C/s]

磁気作用による定義

距離1[m]を隔てて置かれた,等しい大きさの電流が流れている平行導線の長さ1[m]あたりに及ぼし合う電磁力が 2×10-7であるとき,各導線を流れる電流を1[A]とする.

化学作用による定義(参考)

硝酸銀の溶液を通り,1秒間に1.118×10-3[g]の銀を析出させる電流が1[A]みたい.

オームの法則

導体に流れる電流Iは電圧Vに比例し,導線の電気抵抗Rに反比例する.つまり,電気抵抗がR[Ω]の導線にV[V]の電圧をかけたとき,I[A]の電流が流れたとすると,V = RI <---> I = V/R <---> R = V/I とかける.これをオームの法則という.

電気抵抗に関する重要な公式

抵抗の連結

電気抵抗が,R1,R2・・・[Ω]の導線を連結した場合,

直列連結:R =R1 + R2・・・

並列連結:1/R = 1/R1 + 1/R2・・・

抵抗率(比抵抗)

導体の電気抵抗R[Ω]はその導線の長さl[m]に比例し,導線の断面積S[m2]に反比例する.つまり,R = ρl/S.この式の比例定数ρ[Ω・m]を抵抗率または比抵抗という.

抵抗の温度係数

0[℃]及びt[℃]のときの導体の電気抵抗をそれぞれ,R0[Ω],Rt[Ω]とすれば,Rt = R0(1 + αt) と書ける.α[1/K]は導体を構成する物質によって決まる定数で,抵抗の温度係数という.αは一般に金属では正,つまり温度が上がるにつれて抵抗が増す.炭素などはαがほとんどゼロで,ゲルマニウムなどの半導体では負.

電流の熱作用関係

電力と電力量

電 力:電流のする仕事率.[W] = [J/s]

電力量:電流のする仕事量.[Wh] = [J]

電力

抵抗R[Ω]の導線に電圧V[V]がかかり,電流I[A]が流れた場合の電力P[W]は,P = VI = RI2 = V2/R の関係がある.

キルヒホッフの第1法則と第2法則

これまた管理人の怠慢.詳細はこちらへ


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