『オームの法則』はコンサート入場列で考えろ! アイドルヲタクと学ぶ電子回路

      2016/10/31

アイドルヲタクみなさん、電子工作は好きですか?

一昔前は電池式サイリウムを自作するのが流行ってましたから、得意な方もいるかと思います。

最近は、LED技術の進歩やヲタク市場の拡大により、高輝度なフルカラーLEDサイリウムが普通に売られるようになりました。

ハローでも4年ほど前までは折るタイプのサイリウムを売ってましたが、今では公式キンブレです。

 

しかし、メンバーカラーの複雑化などで融通が利かないのが市販品というもの。

推しにわけのわからない色が与えられた時のために電子回路を覚えておきましょう!!!

 

ということで、第1回はお馴染み『オームの法則』です!

 

 

『オームの法則』とは? >>

 

『オームの法則』とは、電流(I)・抵抗(R)・電圧(V)の関係を表す式ですね。

電圧(V)÷ 抵抗(R)= 電流(I)

電圧(V)=電流を流そうとする圧力

抵抗(R)=電流を流れにくくするもの

電流(I)=流れる電気

 

計算式では理解しているという人は多いと思いますが、ここでは計算ではなくイメージとして電子回路を知ってほしいと思います。

 

『オームの法則』=コンサートの入場! >>

 

『オームの法則』における電流・抵抗・電圧の関係は、「コンサート会場への入場」に似ています!

柵で作ったレーンをヲタクが歩いていく姿を想像してください。

柵の幅がちょっと狭くなってる部分があると、ヲタクは窮屈で流れにくくなりますよね?

まさにその関係式なんです。

 

レーンを流れるヲタクの人数 = 電流(I)

早く流れようとするヲタクの力 = 電圧(V)

レーンが狭くなっている部分 = 抵抗(R)

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式に当てはめてみます。

ヲタクの押す力(V)÷ レーンの狭さ(R)= 実際にレーンを流れるヲタクの人数(I)

レーンを流れるヲタクの人数は、ヲタクの押す力とレーンの狭さで決まるということですね。

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では、図に当てはめながらそれぞれの要素について解説していきます。

 

電流(I)=レーンを流れるヲタクの人数 >>

 

電流(I)は文字通り回路を流れる電気です、単位はアンペア[A]。

レーンを流れるヲタクを想像してください。

 

直列回路

 

直列回路とは、分岐のない回路です。

一本道なので、ヲタクは常に同じ人数で流れます。

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並列回路

 

並列回路とは、分岐のある回路です。

レーンの分岐点でヲタク(I)も分かれるわけですが、それぞれのレーンの狭さ(R)に反比例した人数で分かれます。

レーンが狭いほど(抵抗Rが大きいほど)そちらに流れるヲタク(I)が減るわけですね。

例えば、分岐したレーンの狭さ(R)が2:1の比率であれば、ヲタク(I)は1:2の比率で分かれます。

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そして、合流するとまた元の人数に戻ります。

 

例題

dsc_0720

① 電流Iaは? ② 電流Iは?

答え(クリックで表示)

 

抵抗(R)=レーンの狭さ >>

 

抵抗(R)は、負荷という電流を流れにくくするものの一つです。単位はオーム[Ω]。

柵でできたレーンの一部が細くなっているのを想像してください。

 

直列回路

 

直列の場合は、それぞれの狭さ(R)を足せばオッケーです。

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並列回路

 

並列の場合はすこし複雑です。

「和分の積」という計算方法を使います。

(それぞれの狭さの積)÷(それぞれの狭さの和)= 並列レーン全体の狭さ(R)

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並列レーンは、増やせば増やすほど全体の狭さ(R)が低くなります。

「なんで?狭いレーンの数が増えたんだから全体の狭さ(R)も大きくなるんじゃないの?」と思うかもしれません。

 

どういうことかというと、レーンが増えれば増えるほどヲタク(I)の流れ先が増えるので流れがスムーズになります。

つまり、レーンを合わせて考えれば広くなった(抵抗Rが小さくなった)ということです。

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例題

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① 抵抗Rは? ②抵抗Rbは?

答え(クリックで表示)

 

電圧(V)=早く流れようとするヲタクの力 >>

 

電圧(V)は電気を流そうとする圧力です、単位はボルト[V]

早く会場に入りたくて後ろから押してくるヲタクの力をイメージしてください。

ちなみに、力は消費していきます。

最初の力が5[V]であれば、押すことで少しづつ消費していき、最後は0[V]になります。

 

直列回路

 

レーンの並び始めは力(V)がMAXです。

レーンが狭い部分(R)を通過すればするほど力(V)を消費し、最後は0になります。

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消費する力(V)のことを電圧降下と言います。

それぞれの狭い部分(R)で使った力(電圧降下)を足せば、直列レーン全体で使った力(V)になります。

 

当然、狭いほど(抵抗Rが大きいほど)力(V)を消費します。

狭さ(R)が2:1の比率であれば、消費する力(V)も2:1の比率になります。

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並列回路

 

ここがすこし難しい考え方です。

直列回路と同様、並び始めの力はMAXで、最後は0[V]です。

しかし、並列回路の場合はレーンの狭さが違っても消費する力(V)は同じです。

なぜかというと、狭いレーンほどヲタク(I)が少なくなり、広いレーンほどヲタク(I)が多くなるのでうまくバランスがとられるからです。

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注意するのは、回路全体で消費する力を求めるときです。

並列レーンごとに消費する力(V)を足してはいけません。

並列レーンごとに消費する力(V)= 回路全体で消費する力(V)です。

回路全体で消費する力(V)とは「どのレーンに並んでも、通り抜けるにはこれだけの力がいるよ!」という数です。

 

例題

dsc_0722

① 電圧Vaは? ②電圧Vbは?

答え(クリックで表示)

※あくまで回答例です、求め方はいくつかありますので探してみましょう。

 

複雑な回路の場合 >>

 

一見難しい回路でも、細かく見ることで解くことができます。

 

直列と並列の複合回路

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このように複雑な回路でも、細かく見ることで今回解説した知識だけで解くことができます。

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レーンの狭まり具合(R)であれば、①→②→③の順で回路全体の値を求めることができます。

①=(A×B)÷(A+B) :並列回路(和分の積)

②= ①+C :直列回路(和)

③=(②×D)÷(②+D):並列回路(和分の積)

③がレーン全体の狭まり具合(R)ということになります。

 

例題

dsc_0723

電流Idは?

スポイラーのタイトル

※あくまで回答例です、求め方はいくつかありますので探してみましょう。

 

おわりに >>

 

理解していただけたでしょうか。

少々無理やりな部分もあるかもしれませんが、数式以上のイメージを沸かせることができていれば幸いです。

 

更新は不定期ですが、少しずつ進めていきますのでよろしくおねがいします!

 


 

皆様の意見、間違った内容の指摘などがあればコメントください。

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