電気回路に使われる部品ついて簡単に説明します
電気回路とは主に
- 抵抗
- コンデンサ
- コイル（インダクタ）
の3つを使った回路のことを指します。
そしてこれら3つは受動素子と呼ばれています。
それぞれ簡単に説明していきます！
抵抗
役割は？
抵抗には以下のような役割があります。
- 電気の流れを妨げる
- 電子回路の電気の流れる帳を必要な値に調整する
- 抵抗器には定格電力が決まっている。
抵抗器に電気が流れると電圧が発生し、電気エネルギーが消費されます。
それを消費電力と呼び、熱に変換されます。
この熱が大きくなると抵抗器が焼き死にます…。
消費電力が定格電力の半分を超えないようにする。
カラーコード
抵抗器には線が何本か書かれています。
その線には色がついており、カラーコードと呼ばれています。
カラーコードは以下のようになっていまして、よく使う人は覚えているので、興味がある人は是非。
| 色 | 第一 / 第１ | 第二 / 第２ | 第三 | 第四 / 第４ | 第五 / 第５ |
| 黒 | 0 | 0 | 0 | \(10^{0}\) | |
| 茶 | 1 | 1 | 1 | \(10^{1}\) | \(\pm1\) |
| 赤 | 2 | 2 | 2 | \(10^{2}\) | \(\pm2\) |
| 橙 | 3 | 3 | 3 | \(10^{3}\) | |
| 黄 | 4 | 4 | 4 | \(10^{4}\) | |
| 緑 | 5 | 5 | 5 | \(10^{5}\) | \(\pm0.5\) |
| 青 | 6 | 6 | 6 | \(10^{6}\) | \(\pm0.25\) |
| 紫 | 7 | 7 | 7 | \(10^{7}\) | \(\pm0.1\) |
| 灰 | 8 | 8 | 8 | \(10^{8}\) | \(\pm0.05\) |
| 白 | 9 | 9 | 9 | \(10^{9}\) | |
| 金 | \(10^{-2}\) | \(\pm5\) | |||
| 銀 | \(10^{-2}\) | \(\pm10\) |
書かれている線が
黄色 → 紫色 → 黒色 → 赤色 → 茶色
でしたら抵抗の値は470Ωになります。（誤差範囲は±1%です。）
何から作られている？
固定抵抗を大きく分けると炭素皮膜抵抗器と金属皮膜抵抗器があります。
炭素皮膜抵抗器はセラミック棒に炭素皮膜を形成したもので、安価であるのが特徴です。
一方金属皮膜抵抗器はセラミック棒にニッケルやクロム合金などを形成したもので、高い精度が求められる回路に使われます。
直列回路における抵抗値
直列につなげればつなげるほど電流が流れにくくなります。そのため2つつなげると合成抵抗\(R_{sum}\)は
$$R_{sum}=R_1+R_2$$
のようになります。
たくさんつないでも同じで
$$R_{sum}=R_1+R_2+R_3+R_n$$
並列回路における抵抗値
並列回路における抵抗は
$$R_{sum}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$$
で表されます。
計算方法をよく間違える人が多いので気をつけてください。
コンデンサ
役割は？
まずはコンデンサの役割をかんたんに説明します。
コンデンサは電気をためることができるので充電の役割をします。
また、直流は通さないが、交流を通します。
コンデンサーは金属平行な板2枚の間に電気を通さない絶縁体を挟む構成になっています。
コンデンサーの役割の一つには電気を蓄えるという機能がありますので、それをみていきます。
真空中の電気容量（どのくらい電気を蓄えられるか）は以下の式で表されます。
$$C_0=\epsilon_0 \frac{S}{d}$$
ここで \(S\) はコンデンサの金属板の面積、\(d\) は2枚の金属板の距離、\(\epsilon\) は真空の誘電率です。
式から金属板の面積が大きくなればなるほど電気をたくさん蓄えられますね。逆に2枚の金属板の距離が開けば開くほど電気容量は小さくなることが分かります。
コンデンサを直列につなぐと
$$\frac{1}{C}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+ … +\frac{1}{C_n}$$
のようになります。
並列につないだ場合は逆です。
コンデンサの合成電気容量は
$$C_{all}=C_1+C_2+ … +C_n$$
になります。
コイル（インダクタ）
コイルはインダクタとも呼ばれ、電気エネルギーを磁気の形で蓄えることができます。
直流を印加したときにはすぐに電流は流れません。
少しだけ時間が経った後、一定の値に落ち着くようになります。逆にスイッチをOFFにした後、すぐに電圧はゼロになりません。
では交流を流したときにはどうなるのでしょうか。
このときには電流が電圧に対して少し位相が遅れます。
ちなみに周波数の値が高くなればなるほど電流が通しにくくなります。
インダクタに流れる電流と磁界の向きには法則性がありまして、これを右ねじの法則と呼びます。
親指を伸ばし、それ以外の指を折りたたんで goodボタンのようにしたとき、親指の向いている方向が磁界の向きになり、それ以外の指の向きが電流の向きになります。
もう一つ覚えておくべき法則は電磁誘導の法則です。
かんたんに説明すると電流を流すとその周りに磁界ができるという法則で、受験においても重要なものでした。
まとめ
今回は電気回路に使われる部品について説明しました。
物理を勉強するうえでも重要ですし、ものづくりをするときにも必要な知識ですので、ぜひ覚えましょう！
