直列回路と並列回路

電気は宇宙の基本的な一部であり、回路を通じてどのように流れるかを理解することは、技術と日常生活の様々な応用にとって重要です。この詳細な説明では、回路を構成するための2つの基本的な電気回路、つまり直列回路と並列回路について探ります。これらは、電気が流れる完全な回路を形成するために部品が接続される2つの方法です。

電気回路の基本概念

直列回路と並列回路の詳細に入る前に、電気回路のいくつかの基本概念を理解することが重要です。電気回路は電荷の流れを可能にする閉じた経路です。回路の主な構成要素は次のとおりです。

電圧 (V): 電荷が回路を通って流れる原因となる2点間の電位差です。ボルト (V) で測定されます。
電流 (I): 回路内の電荷の流れです。アンペア (A) で測定されます。
抵抗 (R): 回路内の電流の流れに対する抵抗です。オーム (Ω) で測定されます。

直列回路

直列回路では、全ての部品が端から端まで接続されており、電流が流れる単一の経路を作ります。直列回路内のいずれかの部品が切断されたり、故障したりすると、全体の回路が中断されます。

直列回路の特徴

一定の電流: 直列回路では、各部品に流れる電流は同じです。
電圧の合計: 回路内の総電圧は、各部品にかかる電圧の合計です。
抵抗の合計: 総抵抗は、個々の抵抗の合計です。

直列回路での抵抗、電圧、電流の計算

3つの抵抗器 ( R_1, R_2, ) および ( R_3 ) を含む直列回路を考えましょう。回路内の総抵抗 (( R_{text{total}} )) は次のように与えられます。

R_total = R_1 + R_2 + R_3

回路内を流れる電流 (( I )) は各部品で同じであり、オームの法則を使用して計算できます。

I = frac{V}{R_{text{total}}}

任意の抵抗 ( R_x ) における電圧降下 (( V_x )) は次のように計算されます。

V_x = I times R_x

直列回路の例

3つの抵抗 ( R_1 = 2 , Omega ), ( R_2 = 3 , Omega ), 及び ( R_3 = 5 , Omega ) と10Vバッテリーが直列に接続されている回路を考えてみましょう。それぞれの抵抗における電流と電圧降下を計算してみましょう。

総抵抗:

R_total = R_1 + R_2 + R_3 = 2 + 3 + 5 = 10 , Ω

電流:

I = frac{V}{R_{text{total}}} = frac{10}{10} = 1 , A

電圧降下:

V_1 = I times R_1 = 1 times 2 = 2 , V V_2 = I times R_2 = 1 times 3 = 3 , V V_3 = I times R_3 = 1 times 5 = 5 , V

並列回路

並列回路では、全ての部品が同じ2点に接続されており、電流が流れる複数の経路を作ります。並列回路のいずれかの部品が切断されたり故障したりしても、他の経路を通る電流の流れは継続します。

並列回路の特徴

一定の電圧: 各部品には同じ電圧があります。
電流の合計: 総電流は、各経路を通過する電流の合計です。
抵抗の減少: 総抵抗は、個々の抵抗よりも小さくなります。

並列回路での抵抗、電圧、電流の計算

3つの抵抗 ( R_1, R_2, ) および ( R_3 ) を含む並列回路を考えましょう。並列回路での総抵抗 (( R_{text{total}} )) の公式は次の通りです。

frac{1}{R_{text{total}}} = frac{1}{R_1} + frac{1}{R_2} + frac{1}{R_3}

各抵抗にかかる電圧は同じ (( V )) です。各抵抗 ( R_x ) に流れる電流 (( I_x )) は、オームの法則を使用して計算できます。

I_x = frac{V}{R_x}

総電流 (( I_{text{total}} )) は、各抵抗を通過する電流の合計です。

I_{text{total}} = I_1 + I_2 + I_3

並列回路の例

3つの抵抗 ( R_1 = 2 , Omega )、( R_2 = 3 , Omega )、及び ( R_3 = 6 , Omega )、12Vバッテリーと並列に接続されている回路を考えてみましょう。総抵抗、各抵抗を流れる電流、および総電流を計算してみましょう。

総抵抗:

frac{1}{R_{text{total}}} = frac{1}{R_1} + frac{1}{R_2} + frac{1}{R_3} = frac{1}{2} + frac{1}{3} + frac{1}{6} = 1 R_{text{total}} = 1 , Omega

各セクション:

I_1 = frac{V}{R_1} = frac{12}{2} = 6 , A I_2 = frac{V}{R_2} = frac{12}{3} = 4 , A I_3 = frac{V}{R_3} = frac{12}{6} = 2 , A I_{text{total}} = I_1 + I_2 + I_3 = 6 + 4 + 2 = 12 , A