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オームの法則(1)

電気回路の基本といわれるオームの法則をとりあげます。

オームの法則 E=IR は学校で習いましたが、イメージしにくい法則のような気がします。ここではイメージでオームの法則を見ていきます。

まず電圧、電流をイメージするために、電流→水流 つまり電気回路を水の流れでとらえてみようと思います。
ele2_1.jpg
上の図に示したように、

丘の上に池があり、池の標高が電圧、下から上の池まで水をくみ上げるポンプ小屋が電源、上の池から下に水を落とす水路が抵抗器水路の幅が抵抗値と結びついている

といった感じのイメージです。

なお、水路の幅と抵抗値は逆数の関係で、

幅が広い→抵抗値低い(水流(=電流)が多い)
幅がせまい→抵抗値高い(水流(=電流)が少ない)

となります。
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オームの法則(2)

(1)でのイメージ図を使って説明を続けます。

例えば、電圧 E=1V を一定にして(仮に 1V を標高 1m にします)、抵抗の値を2倍、半分にしてみます。(仮に、水路の幅 1m を抵抗値 1Ω、そのときの水量を1ℓ→1A とします)

ele2_2.jpg

水路の幅と抵抗値の関係が逆数であることに注意すれば、水量(=電流)が倍、半分になるのがイメージできると思います。

オームの法則(3)

次に抵抗値 R を一定にして、電圧 E を2倍、半分にした場合です。

電圧 E を変えるということは、池の高さを変えることになりますが、ここで、

池の高さを変えるときは、池の高さ 1m のときの水路を長さ・幅とも拡大・縮小する

というルールを設けます。このルールはコピーや印刷の拡大・縮小と同じです。

ele2_3.jpg

ここで水路の幅は変わりますが、抵抗値は変わらないことに注意してください。つまり、池の高さ 1m のときにいろいろな幅の水路(=抵抗器)を用意しておき、そこから拡大・縮小することであらゆる高さの池に対応すると考えるということになります。
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目標であったオペアンプの設計に6年かけて到達しました。ここからは応用的な内容を書ける限り書いていきたいと思います。

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