起電力と電圧降下の正負




電気回路の計算をするときに、起電力や電圧降下の「正負」を考える必要がある場合があります。

電源の起電力が電圧降下の合計と等しくなることで、電気回路は成り立っています。

ここでは、起電力と電圧降下の正負について説明します。

起電力のプラス(+)とマイナス(-)の決め方

●起電力のプラス
閉回路の方向と起電力の方向が「同じ場合」、その起電力を正(プラス)とします。
ただし、流れる電流の向きは、無視します。

●起電力のマイナス
閉回路の方向と起電力の方向が「逆向きの場合」、その起電力を負(マイナス)とします。
ただし、流れる電流の向きは、無視します

電圧降下のプラス(+)とマイナス(-)の決め方

●電圧降下のプラス
閉回路の方向と電流の流れる方向が「同じ場合」、その電圧降下を正(プラス)とします。

電圧降下は図のように、仮想の電池を考えるとわかりやすいのではないでしょうか。

●電圧降下のマイナス
閉回路の方向と電流の流れる方向が「逆向きの場合」、その電圧降下を負(マイナス)とします。

電圧降下は図のように、仮想の電池を考えるとわかりやすいのではないでしょうか。

起電力と電圧降下の例

次の回路について、起電力と電圧降下の計算式を示します。

閉回路Aの場合


\(E_1\) は閉回路の向きと起電力の向きが同じなので\(+E_1\) になります。
\(R_1\) の電圧降下は閉回路の向きと電流の向きが同じなので\(+R_1I_1\) になります。
\(R_2\) の電圧降下は閉回路の向きと電流の向きが逆なので\(-R_2I_2\) になります。

\(E_1=R_1I_1-R_2I_2\) が成立します。

閉回路Bの場合


\(E_2\) は閉回路の向きと起電力の向きが逆なので\(-E_2\) になります。
\(R_2\) の電圧降下は閉回路の向きと電流の向きが同じなので\(+R_2I_2\) になります。
\(R_3\) の電圧降下は閉回路の向きと電流の向きが同じなので\(+R_3I_3\) になります。

\(-E_2=R_2I_2+R_3I_3\) が成立します。

閉回路Cの場合


\(E_1\) は閉回路の向きと起電力の向きが同じなので\(+E_1\) になります。
\(E_2\) は閉回路の向きと起電力の向きが逆なので\(-E_2\) になります。
\(R_1\) の電圧降下は閉回路の向きと電流の向きが同じなので\(+R_1I_1\) になります。
\(R_3\) の電圧降下は閉回路の向きと電流の向きが同じので\(+R_3I_3\) になります。

\(E_1-E_2=R_1I_1+R_3I_3\) が成立します。

以上で「起電力と電圧降下の正負」の説明を終わります。