並列抵抗:電流は分岐する
1 · 予測
2つの抵抗を6 V電池に並列接続すると、両方に電池の全電圧がかかります。第2抵抗の値を増やすと、電池から流れる全電流は増えるか減るでしょうか?
- R2 を増やすと全電流は増えます。
- 全電流は R2 に依存しません。
- 全電流は減ります。大きい R2 の枝の電流が減り、もう一方は変わりません。
2 · 準備
- parallel-resistors プリセットを開いて Reset を押します。R1 = 100 Ω は固定され、両枝に6 Vが供給されます。
- 両抵抗と電池の電流読み出しを有効にします。
- 各試行で R2 を設定し、電池から引かれる全電流を記録します。
3 · データ収集
| 抵抗 R2 (Ω) | 合成抵抗 R_p (Ω) | 全電流 I_total (A) |
|---|---|---|
| 100.00 | ||
| 150.00 | ||
| 200.00 |
3回の試行について全電流 I_total(縦軸)を 1/R2(横軸)に対してプロットします。
4 · 分析
- R_p = 1/(1/R1 + 1/R2)、E = 6 V、R1 = 100 Ω を用いて I_total = E/R_p を計算します。さらに I_total = E/R1 + E/R2 でも同じ答えになることを確認します。
- R1 の枝電流は R2 に関係なく E/R1 = 0.06 A で一定です。各並列枝の電流が他枝でなく自身の抵抗だけに依存する理由を説明します。
5 · 発展
- 家庭のコンセントは直列でなく並列なので、各機器は独立に全120 V(または230 V)を受けます。独立スイッチの機器が多い家で直列配線が不便な理由を説明します。
- 並列合成抵抗は常に各抵抗より小さくなります。第2の電流経路を加えると電荷の流れが容易になり、決して難しくならない理由を説明します。
この実験の物理
並列抵抗
並列抵抗は逆数で合成し 1/R_p = 1/R1 + 1/R2 です。各枝には電源の全電圧がかかり、各枝は独立に I = V/R の電流を流します。