電圧と電圧降下の違い・電圧降下の求め方

この記事で書いていること

  • 電圧とは何か
  • 電圧と電位の違い
  • 電圧降下と電圧降下の求め方
  • 練習問題
目次

電圧とは何?

電圧とは電気を流すために必要な圧力のことです。

電圧と電流の違いについては、次の記事を参考にしてください。
■関連記事■ 電圧と電流の違いは何?

★ 図のような回路で電圧を考えてみます。

電圧は電池が持っている電気の圧力です。

この回路の電圧は \(E\) [V] です。

電圧は電位の差をいいます。

1.5Vの電池を3つ直列にすると、a、b、c の電位は、図のようになります。

電位とは基準点からの電圧のことをいいます。

a の電位は1.5V
b の電位は3.0V
c の電位は4.5V

a、b、c の電位は基準 0[V] からの電圧なので変化しない。

電圧は電位の差をいうので、基準点のとり方により変化する

電圧と電位については、次の記事を参考にしてください。
■関連記事■ 電圧と電位の違い

電圧降下と電圧降下の求め方

抵抗に電流が流れると、電流の入り口から出口に向かって電圧が下がります。

これを電圧降下といいます。

図の回路の電圧の変化を示すと、青の線のように変化します。

  • 電池の電圧により \(E\) [V] 電圧が上昇します。
  • 抵抗に電流が流れることにより \(RI\) [V] の電圧降下が起こります。
  • キルヒホッフの第2法則により \(E=RI\) [V] になります。

電圧降下の求め方

電圧降下は抵抗に電流が流れることで起こります。

したがって、電圧降下は「抵抗×電流」で求めることができます。

抵抗を \(R\) [Ω]、 電流を \(I\) [A] とすれば

電圧降下=\(RI\) [V] で求められます。

 

練習問題

電圧降下の問題

次の回路の各抵抗の両端の電圧を求めなさい。

<解答例>

電池のマイナス側を基準にして \(0\) [V] にして、\(a\) からの電圧降下を計算します。

\(a\) の電位は \(110\) [V] 

\(ab\) 間の抵抗での電圧降下は

\(V_1=60×50×10^{-3}=3\) [V]  

\(b\) の電位は \(107\) [V] 

\(bc\) 間の抵抗での電圧降下は

\(V_2=50×100×10^{-3}=5\) [V] 

\(c\) の電位は \(102\) [V] 

\(cd\) 間の抵抗での電圧降下は

\(V_3=30×100×10^{-3}=3\) [V] 

\(d\) の電位は \(99\) [V] 

したがって
\(R_1\) の両端の電圧は \(107\) [V]  

\(R_2\) の両端の電圧は \(102\) [V] 

\(R_3\) の両端の電圧は \(99\) [V] になります。

電圧降下から電流を求める問題

図のような4つの抵抗からなる回路があります。\(20\) [Ω] に流れる電流を求めよ。

<解答例>

問題図を電位別に色分けをしてみると、図1のようになります。

5[Ω] の抵抗の両端の電位は同じなので、電流は流れません。

同じ電位の点は 短絡または開放 することができるので

図2のような等価回路にすることができます。

図2は抵抗の直並列接続の回路なので、図3のように変形できます。

合成抵抗を \(R\) とすれば

\(R=20+\cfrac{100}{10+10}=25\) [Ω] 

求める電流 \(I\) は次のようになります。

\(I=\cfrac{E}{R}=\cfrac{25}{25}=1\) [A] になります。

以上で「電圧と電圧降下の違い・電圧降下の求め方」の説明を終わります。

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