オームの法則と電気回路
V=IRは「電圧が高いほど電流が流れやすい」というだけ。直列・並列の計算まで水の例えで体感する。
電気を水で理解する
電気回路は目に見えないので難しく感じる。でも水の流れで考えると直感的にわかる。
| 電気 | 水の例え | 単位 |
|---|---|---|
| 電圧 V | 水の落差（高さの差） | ボルト（V） |
| 電流 I | 流れる水の量（流量） | アンペア（A） |
| 抵抗 R | パイプの細さ | オーム（Ω） |
「高い位置の水は低い位置に流れようとする。パイプが細ければ流れにくい。」
これがオームの法則の直感だ。
1827年、ドイツの物理学者ゲオルク・オームは V = IR の関係を発表した。しかし、当時のドイツ科学界は「実験から法則を導く」という手法を軽視しており、オームの論文は酷評された。
彼は大学のポジションを失い、十数年間、一地方の教師として過ごした。
しかし徐々に評価が変わり、1841年にはイギリス王立協会からコプリメダルを授与。1881年、彼の死後30年以上経ってから、電気抵抗の単位に彼の名前「オーム（Ω）」が採用された。
オームの法則
3通りに変形して全部使いこなす：
人体の電気抵抗は状態によって大きく変わる。乾いた皮膚では数kΩ〜数十kΩ、濡れた皮膚では数百Ω程度にまで下がる。
家庭用コンセントは 100 V。オームの法則で計算すると、濡れた手で触れた場合（仮に R = 500 Ω）では I = 100/500 = 0.2 A = 200 mA が流れる。人体に致死的な電流は 30〜50 mA と言われているので、非常に危険だ。
「濡れた手で電気器具を触ってはいけない」という理由が、オームの法則で説明できる。
直列接続と並列接続
直列接続（1本道）
電流が通る道が1本だけ。
- 電流は全部同じ（どこで測っても同じ A）
- 電圧は分かれる（各抵抗で一部消費）
- 合成抵抗：（足し算）
並列接続（途中で分岐）
電流が枝分かれする。
- 電圧は全部同じ（どの枝も同じ V）
- 電流は分かれる（細い方に流れにくい）
- 合成抵抗：
並列にすると合成抵抗は必ず各抵抗より小さくなる。
3Ω と 6Ω の並列接続。合成抵抗は？
2Ω は元の抵抗値（3Ωや6Ω）より小さい。これは「道が増えれば流れやすくなる」という直感と一致する。
| 比較 | 直列 | 並列 |
|---|---|---|
| 電流 | 全部同じ | 分かれる |
| 電圧 | 分かれる | 全部同じ |
| 合成抵抗 | R = R₁+R₂（大きくなる） | 1/R = 1/R₁+1/R₂（小さくなる） |
「直列は電流が同じ、並列は電圧が同じ」と覚える。逆にすると全問間違う。
電力・電力量
電力量（実際に使ったエネルギー）：
家庭の電気代は「1 kWh（キロワット時）」という単位で請求される。
100 V・60 W の電球を5時間使った。電気エネルギーは何Jか？また電流は何Aか？
電気エネルギー：W = 60 × (5 × 3600) = 60 × 18000 = 1.08 × 10⁶ J
電流：I = P/V = 60/100 = 0.6 A
抵抗：R = V/I = 100/0.6 ≈ 167 Ω
家庭のコンセントは全て並列接続になっている。理由は明確だ。
もし直列接続なら、1つの電気器具をオンにするたびに全体の抵抗が変わり、他の器具に流れる電流も電圧も変化してしまう。洗濯機をオンにしたら照明が暗くなる、という事態が起きる。
並列接続なら、各器具にかかる電圧は常に100 Vで一定。1つのコンセントに器具をつないでも他に影響しない。
「並列接続 = 電圧が全部同じ」という性質が、安定した電力供給を可能にしている。
オームの法則まとめ
- V = IR（電圧 = 電流 × 抵抗）
- 直列：R合 = R₁+R₂、電流が同じ
- 並列：1/R合 = 1/R₁+1/R₂、電圧が同じ
- 電力：P = VI = I²R = V²/R
- 並列の合成抵抗は必ず各抵抗より小さくなる
// quiz
確認問題
Q1.10Ωの抵抗に5Vをかけると電流は何Aか？
Q2.直列接続の合成抵抗は？