理科

豆電球まめでんきゅうはなぜ暗くらくなる？ — 表ひょうを覚おぼえずに直列ちょくれつと並列へいれつを解とく

直列ちょくれつと並列へいれつ。増ふやすのは豆電球まめでんきゅうか、乾電池かんでんちか。組くみ合あわせは4通とおりで、それぞれに「明あかるさ」と「電池でんちの持もち」がある。表ひょうにすると8マス。丸まる暗記あんきしようとすると、試験しけんのときに必かならずどこかで取とりちがえます。

でも、見みるところは2つしかありません。その豆電球まめでんきゅうに流ながれる電流でんりゅうと、電池でんち1個こが出だす電流でんりゅうです。

明あかるさは「その豆電球まめでんきゅうに流ながれる電流でんりゅう」で決きまる

豆電球まめでんきゅうの中なかには、フィラメントという細ほそい線せんが入はいっています。ここは電流でんりゅうにとって通とおりにくい場所ばしょで、電流でんりゅうが通とおるときに光ひかりと熱ねつが出でます。たくさん流ながれれば明あかるく、少すこししか流ながれなければ暗くらい。ただそれだけです。

だから明あかるさを聞きかれたら、考かんがえることはいつも同おなじです。その豆電球まめでんきゅうを、どれだけの電流でんりゅうが通とおるか。 回路かいろ全体ぜんたいでも、電池でんちの個数こすうでもありません。見みるのは「その1個こ」です。

乾電池かんでんちを増ふやす — 直列ちょくれつは明あかるく、並列へいれつは変かわらない

乾電池かんでんちは、電流でんりゅうを押おし出だす働はたらきをします。直列ちょくれつにつなぐと押おす力ちからが2倍ばいになるので、流ながれる電流でんりゅうも強つよくなります。

文部科学省もんぶかがくしょうの手引てびきにも、「直列ちょくれつにつなぐと、回路かいろに流ながれる電流でんりゅうが強つよくなり、電気でんきの働はたらきが大おおきくなる。並列へいれつにつなぐと、電流でんりゅうの強つよさや電気でんきの働はたらきの大おおきさは、乾電池かんでんち1個この時ときと変かわらない」と書かかれています。

並列へいれつは、押おす力ちからが2倍ばいになるのではありません。同おなじ力ちからで押おす係かかりが2人にんになるだけです。だから豆電球まめでんきゅうを通とおる電流でんりゅうは1個このときと同おなじで、明あかるさも変かわりません。

豆電球まめでんきゅうを増ふやす — 直列ちょくれつは暗くらく、並列へいれつは変かわらない

今度こんどは電池でんちを1個このまま、豆電球まめでんきゅうを増ふやします。

直列ちょくれつにつなぐと、通とおり道みちは1本ほんのまま。その1本ほんに、通とおりにくい場所ばしょが2箇所かしょできます。流ながれる電流でんりゅうは減へり、両方りょうほうとも暗くらくなります。片方かたほうを外はずすと、道みちが切きれるのでもう片方かたほうも消きえます。

並列へいれつにつなぐと、通とおり道みちが2本ほんに分わかれます。それぞれの道みちには豆電球まめでんきゅうが1個こずつ。1個こだけつないだときと同おなじ道みちが2本ほんできただけなので、どちらの豆電球まめでんきゅうも明あかるさは変かわりません。片方かたほうを外はずしても、残のこった道みちはそのままなので、もう片方かたほうは普通ふつうにつきます。

直列ちょくれつ＝1本ほんの道みちを分わけ合あう。並列へいれつ＝それぞれに道みちがある。 ここさえ見みえていれば、明あかるさはすぐ決きまります。

自分じぶんでつないで確たしかめてみてください。数かずとつなぎ方かたを変かえると、明あかるさと電池でんちの持もちがどうなるかが同時どうじに見みえます。

豆電球まめでんきゅうを並列へいれつに増ふやしても明あかるさが変かわらないこと、乾電池かんでんちを並列へいれつに増ふやしても明あかるくならないこと。手てで動うごかすと、表ひょうで覚おぼえるより早はやく納得なっとくできます。

電池でんちの持もちは「電池でんち1個こが出だす電流でんりゅう」で決きまる

明あかるさとは別べつに、もう1つの問といがあります。電池でんちがどれだけ持もつか。これは電池でんち1個こが、どれだけの電流でんりゅうを出だしているかで決きまります。たくさん出だせば早はやく減へり、少すこしなら長持ながもちします。

電池工業会でんちこうぎょうかいも、「直列ちょくれつつなぎ」は高たかい電圧でんあつが必要ひつような場合ばあい、「並列へいれつつなぎ」は電圧でんあつが低ひくくても長ながい時間じかん使つかう機器ききに用もちいられている、と説明せつめいしています。並列へいれつにすると長持ながもちするから、そういう使つかい分わけになるわけです。

この問といで見みると、明あかるさとは答こたえが逆ぎゃくになる場合ばあいがあるのが分わかります。

• 豆電球まめでんきゅうを直列ちょくれつに増ふやす → 電流でんりゅうが減へる → 暗くらいけれど長持ながもちする
• 豆電球まめでんきゅうを並列へいれつに増ふやす → 電池でんちは2本ほんぶんの電流でんりゅうを出だす → 明あかるいけれど早はやく減へる
• 乾電池かんでんちを直列ちょくれつに増ふやす → 大おおきな電流でんりゅうが流ながれる → 明あかるいけれど早はやく減へる
• 乾電池かんでんちを並列へいれつに増ふやす → 2個こで分担ぶんたんする → 明あかるさは同おなじで長持ながもちする

「明あかるいのに長持ながもち」も「暗くらいのに早はやく減へる」もありません。電気でんきを使つかえば使つかうほど明あかるく、その分ぶん早はやく無なくなる。当あたり前まえのことが、そのまま答こたえになっています。

覚おぼえるのは表ひょうではなく、2つの問とい

問題もんだいを見みたら、順番じゅんばんに聞きくだけです。

1. その豆電球まめでんきゅうに、どれだけ電流でんりゅうが流ながれるか → 明あかるさが決きまる
2. 電池でんち1個こが、どれだけ電流でんりゅうを出だしているか → 持もちが決きまる

8マスの表ひょうを思おもい出だす必要ひつようはありません。回路かいろの絵えを見みて、道みちが1本ほんか2本ほんか、押おす係かかりが何人なんにんかを数かぞえれば、その場ばで組くみ立たてられます。

覚おぼえたものは忘わすれますが、組くみ立たて方かたは忘わすれません。電気でんきの問題もんだいは、そこを試ためしにきています。