並列回路と直列回路を比べて発熱量が高いのは？｜岡山の進学塾｜加藤学習塾・個別指導塾

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並列回路と直列回路を比べて発熱量が高いのは？

加藤学習塾ブログ

2023/03/01

みなさん、こんにちは。

今日は電気回路の「発熱量」について考えましょう。


問い：6Vの電圧を加える電源装置と、電気抵抗が２Ω（オーム）の抵抗Aと、４Ω（オーム）の抵抗Bの３つを使い、抵抗２つの並びが直列回路と並列回路になる電気回路を２つ作りました。この２つの回路に３０秒電気を流しました。どの回路のどの抵抗が発熱量の最大値と最小値をとるでしょうか？


発熱量の公式は「電圧（V）×電流（A）×時間（秒）」です。
よって、それぞれの回路の抵抗に流れる電流の大きさを考えます。

まず、直列回路からです。
電気抵抗が２Ωと４Ωであり、抵抗の比が１：２ですね。
ここで、抵抗とは電気の流れにくさなので、電流の大きさが一定である場合、抵抗が大きいほど電流が流れにくいのでより大きな電圧がかかります。
よって、抵抗Aと抵抗Bの電圧の比は１：２になるので、抵抗Aにかかる電圧が２Vで抵抗Bにかかる電圧が４Vになります。
直列回路に流れる電流の大きさはどこも同じなので、抵抗Aで調べると２÷２＝１Aになります。
よって、直列回路の抵抗Aでの発熱量は２（V）×１（A）×３０（秒）＝６０（J）になり、直列回路の抵抗Bでの発熱量は４（V）×１（A）×３０（秒）＝１２０（J）になります。
ちなみに、直列回路全体での発熱量は６（V）×１（A）×３０（秒）＝１８０（J）になります。

次に並列回路です。
並列回路では電圧が一定なので、抵抗Aに流れる電流の大きさは６（V）÷２（Ω）＝３Aで、抵抗Bに流れる電流の大きさは６（V）÷４（Ω）＝１.５A
になります。
よって、並列回路の抵抗Aでの発熱量は６（V）×３（A）×３０（秒）＝５４０（J）になり、並列回路の抵抗Bでの発熱量は６（V）×１.５（A）×３０（秒）＝２７０（J）になります。
ちなみに、並列回路全体での発熱量は６（V）×（３＋１.５）（A）×３０（秒）＝８１０（J）になります。

よって、発熱量の大きさは大きい順に、並列回路の抵抗A、並列回路の抵抗B、直列回路の抵抗B、直列回路の抵抗Aの順であり、発熱量の最大値は並列回路の抵抗A、最小値は直列回路の抵抗Aになります。
なので、電気ヒーターなど、発熱量を大きくしたいものは、抵抗を複数、並列回路でつなげていることが多いです。
逆に、消費電力を抑えて部品の消耗を防ぎたいときは、抵抗を複数、直列回路につなげているものもあります。

電気は身近な物に応用されていますね。


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