オームの法則とは?式や計算の覚え方を例題付きでわかりやすく解説

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 オームの法則とは?式や計算の覚え方を例題付きでわかりやすく解説

 

【目次】

     

    オームの法則とは?

    オームの法則は、電気回路における基本的な法則の一つで、電圧、電流、抵抗の関係を表します。この法則は、1827年にドイツの物理学者ゲオルク・シモン・オームによって発見されました。オームの法則は、回路における電流の強さは、回路の両端の電圧に比例し、使用される抵抗に反比例すると述べています、以下に数式で表します。

     

    ここで、I は電流(アンペア)、V は電圧(ボルト)、R は抵抗(オーム)を表します。この法則は、電気工学の基礎として非常に重要であり、電気回路の設計や解析に広く用いられています。

     

    導電現象、クーロンの法則とは

    導電現象とは、物質が電気を通す性質を持つことを指します。この現象は、物質内の自由電子やイオンが移動することによって生じます。導体では、電子が比較的自由に動けるため、電気がよく通ります。一方、絶縁体では電子が固定されているため、電気を通しにくいです。

    クーロンの法則は、電荷間の力の強さを説明する法則で、1785年にフランスの物理学者シャルル=オーギュスタン・ド・クーロンによって発見されました。この法則によると、二つの点電荷間の力は、電荷の大きさに比例し、電荷間の距離の平方に反比例します。以下に数式で表します。


    ここで、F は力(ニュートン)、q1​ と q2​ は二つの電荷、r は電荷間の距離、k はクーロン定数です。

    導電現象とクーロンの法則は、電気回路の理解において根本的な概念であり、オームの法則を深く理解するためにも重要です。

    オームの法則の具体例

    オームの法則を理解するために、具体的な例を挙げてみましょう。例えば、電圧が12ボルトの電源に、6オームの抵抗が接続されている回路を考えます。

    関連

    ・・・オームの法則
    ・・・電流

     

     

    オームの法則に基づいて電流を計算すると

     

    となり、6オームの抵抗を通ると、電源から2アンペアの電流が流れることを意味します。

     

    別の例として、電流が3アンペアで抵抗が4オームの場合、必要な電圧(V)は

     

    となります。

     

    このようにオームの法則は、電圧、電流、抵抗のいずれか二つが分かれば、残りの一つを計算で求めることができます。この法則は非常にシンプルですが、電気回路の基本を理解する上で非常に重要で、多くの電気的な現象や問題の解決に応用されます。

     

    オームの法則の単位

    オームの法則における主要な単位は、電流のアンペア(A)、電圧のボルト(V)、抵抗のオーム(Ω)です。これらの単位は互いに密接に関連しており、オームの法則 によって結びついています。

     

    電流(アンペア)

     電流は、単位時間あたりに特定の点を通過する電荷の量を示します。アンペアは、国際単位系(SI)における電流の単位です。1アンペアは、1秒間に1クーロンの電荷が流れる電流の量と定義されます。


    電圧(ボルト)

     電圧は、電気的な仕事をする能力、つまり電位差を示します。ボルトは、電圧の単位であり、1ボルトは1アンペアの電流が1オームの抵抗を流れるときに必要な電位差と定義されます。


    抵抗(オーム)

    抵抗は、電流の流れに対する物質の抵抗度を示します。オームは、抵抗の単位で、1オームは1ボルトの電圧で1アンペアの電流が流れる抵抗値とされます。


    これらの単位の理解は、電気回路の解析や設計において不可欠であり、オームの法則を適用する上で基本となります。

     

    オームの法則の例題【入門編】

    オームの法則を実際の問題に応用することで、その理解を深めることができます。以下に入門編として二つの例題を紹介します。

     

    例題1: 電流を求める

    問題: 15ボルトの電圧をかけたときに、5オームの抵抗を通る電流はいくつになりますか?

    解答: オームの法則を用いて計算します。

    電圧 =15V、抵抗=5Ω なので、電流 I は以下の式から求められます

     

    したがって、5オームの抵抗を通る電流は3アンペアです。

     

    例題2: 抵抗を求める

    問題: 2アンペアの電流が流れる回路にかかる電圧が10ボルトの場合、この回路の抵抗はい...

     オームの法則とは?式や計算の覚え方を例題付きでわかりやすく解説

     

    【目次】

       

      オームの法則とは?

      オームの法則は、電気回路における基本的な法則の一つで、電圧、電流、抵抗の関係を表します。この法則は、1827年にドイツの物理学者ゲオルク・シモン・オームによって発見されました。オームの法則は、回路における電流の強さは、回路の両端の電圧に比例し、使用される抵抗に反比例すると述べています、以下に数式で表します。

       

      ここで、I は電流(アンペア)、V は電圧(ボルト)、R は抵抗(オーム)を表します。この法則は、電気工学の基礎として非常に重要であり、電気回路の設計や解析に広く用いられています。

       

      導電現象、クーロンの法則とは

      導電現象とは、物質が電気を通す性質を持つことを指します。この現象は、物質内の自由電子やイオンが移動することによって生じます。導体では、電子が比較的自由に動けるため、電気がよく通ります。一方、絶縁体では電子が固定されているため、電気を通しにくいです。

      クーロンの法則は、電荷間の力の強さを説明する法則で、1785年にフランスの物理学者シャルル=オーギュスタン・ド・クーロンによって発見されました。この法則によると、二つの点電荷間の力は、電荷の大きさに比例し、電荷間の距離の平方に反比例します。以下に数式で表します。


      ここで、F は力(ニュートン)、q1​ と q2​ は二つの電荷、r は電荷間の距離、k はクーロン定数です。

      導電現象とクーロンの法則は、電気回路の理解において根本的な概念であり、オームの法則を深く理解するためにも重要です。

      オームの法則の具体例

      オームの法則を理解するために、具体的な例を挙げてみましょう。例えば、電圧が12ボルトの電源に、6オームの抵抗が接続されている回路を考えます。

      関連

      ・・・オームの法則
      ・・・電流

       

       

      オームの法則に基づいて電流を計算すると

       

      となり、6オームの抵抗を通ると、電源から2アンペアの電流が流れることを意味します。

       

      別の例として、電流が3アンペアで抵抗が4オームの場合、必要な電圧(V)は

       

      となります。

       

      このようにオームの法則は、電圧、電流、抵抗のいずれか二つが分かれば、残りの一つを計算で求めることができます。この法則は非常にシンプルですが、電気回路の基本を理解する上で非常に重要で、多くの電気的な現象や問題の解決に応用されます。

       

      オームの法則の単位

      オームの法則における主要な単位は、電流のアンペア(A)、電圧のボルト(V)、抵抗のオーム(Ω)です。これらの単位は互いに密接に関連しており、オームの法則 によって結びついています。

       

      電流(アンペア)

       電流は、単位時間あたりに特定の点を通過する電荷の量を示します。アンペアは、国際単位系(SI)における電流の単位です。1アンペアは、1秒間に1クーロンの電荷が流れる電流の量と定義されます。


      電圧(ボルト)

       電圧は、電気的な仕事をする能力、つまり電位差を示します。ボルトは、電圧の単位であり、1ボルトは1アンペアの電流が1オームの抵抗を流れるときに必要な電位差と定義されます。


      抵抗(オーム)

      抵抗は、電流の流れに対する物質の抵抗度を示します。オームは、抵抗の単位で、1オームは1ボルトの電圧で1アンペアの電流が流れる抵抗値とされます。


      これらの単位の理解は、電気回路の解析や設計において不可欠であり、オームの法則を適用する上で基本となります。

       

      オームの法則の例題【入門編】

      オームの法則を実際の問題に応用することで、その理解を深めることができます。以下に入門編として二つの例題を紹介します。

       

      例題1: 電流を求める

      問題: 15ボルトの電圧をかけたときに、5オームの抵抗を通る電流はいくつになりますか?

      解答: オームの法則を用いて計算します。

      電圧 =15V、抵抗=5Ω なので、電流 I は以下の式から求められます

       

      したがって、5オームの抵抗を通る電流は3アンペアです。

       

      例題2: 抵抗を求める

      問題: 2アンペアの電流が流れる回路にかかる電圧が10ボルトの場合、この回路の抵抗はいくつですか?

      解答: オームの法則 R=V/I を用いて解きます。
      電圧 =10V、電流 =2A なので、抵抗(R)は以下のような式で求めることができます。

       

      したがって、回路の抵抗は5オームです。

      これらの例題を通じて、オームの法則の基本的な応用が理解できます。

       

      オームの法則の例題【応用編】

      応用編では、オームの法則を使用して少し複雑な問題を解決します。以下に二つの例題を示します。

       

      例題(応用)1

      問題: 20Ωと30Ωの二つの抵抗が直列に接続されている回路に、10Vの電圧が印加されています。この回路を流れる全体の電流を求めてください。

      解答: 直列回路では、全体の抵抗は個々の抵抗値の合計になります。したがって、合計抵抗は以下の式で求められます。

       

       

      オームの法則にて計算すると

       

       

      電流は10Vですので、以下の式になります

       

      したがって、この回路を流れる電流は0.2アンペアです。

       

      例題(応用)2

      問題: 電圧が15Vの電源に、10Ω、15Ω、20Ωの抵抗が並列に接続されています。各抵抗を流れる電流を求めてください。

      解答: 並列回路では、各抵抗にかかる電圧は電源電圧と同じです。オームの法則により、各抵抗を流れる電流を計算すると

       

       

       

      となります。

      したがって、10Ωの抵抗を流れる電流は1.5アンペア、15Ωの抵抗を流れる電流は1アンペア、20Ωの抵抗を流れる電流は0.75アンペアです。

      これらの応用例題は、オームの法則を実際の複雑な回路に適用する際の理解を深めるのに役立ちます。

       

      まとめ

      この記事では、オームの法則とその応用について詳しく解説しました。オームの法則は、電流、電圧、抵抗の関係を定義し、電気工学の基礎として広く用いられています。また、導電現象とクーロンの法則の基本的な概念を理解することで、オームの法則の背景が明確になります。

      入門編と応用編の例題を通じて、オームの法則の実用的な応用例も示しています。オームの法則は単純なように見えますが、複雑な電気回路を解析するための出発点となり、電気工学の様々な分野で応用されています。

      この知識を持って、日々の問題解決や技術的な挑戦に活かしてもらえればと思います。

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      この記事の著者

      大岡 明

      改善技術(トヨタ生産方式(TPS)/IE)とIT,先端技術(IoT,IoH,xR,AI)の現場活用を現場実践指導、社内研修で支援しています。

      改善技術(トヨタ生産方式(TPS)/IE)とIT,先端技術(IoT,IoH,xR,AI)の現場活用を現場実践指導、社内研修で支援しています。


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