直列回路
6 Vの電池に12 Ωの電球2個を直列につなぐと、各電球には3 Vがかかり、0.25 Aが流れます。それぞれの電力は、電球1個だけをつないだときの4分の1になります。
電流の通り道は一つ
直列回路では部品を端から端へ順につなぐため、回路を一周する道は一つだけです。電池から出た電荷は、すべての部品を順に通過しなければなりません。ここから、直列回路の最初の規則がわかります。電流は回路のどこでも同じです。最初の電球の前、電球の間、最後の電球の後のどこに電流計を入れても、同じ値になります。電荷はどこかにたまり続けることができないので、ある部品に流れ込んだ分は、必ず流れ出します。
抵抗は足し合わせる
各部品には、電池の電圧の一部がかかります。回路を一周するときの各部品の電圧降下を足すと、電池の電圧と等しくなります。電荷が受け取ったエネルギーをすべて放出するからです。どの部品にも同じ電流Iが流れるので、電圧降下はI R₁、I R₂などとなり、合計はI (R₁ + R₂ + ...)です。したがって、ひとつながりの回路全体は、R = R₁ + R₂ + R₃ + ...の抵抗器1個と同じはたらきをします。このため、直列に部品を加えると必ず合成抵抗が大きくなり、電流が小さくなります。
どの部品にも同じ電流が流れます。電圧を足すと電池の電圧になります。抵抗は足し合わせ、R = R₁ + R₂ + R₃です。
実際に計算する
実験室の最初の回路、6 Vの電池に12 Ωの電球2個を直列につないだ場合を考えます。合成抵抗は12 + 12 = 24 Ωなので、電流は6 ÷ 24 = 0.25 Aです。各電球の電圧はV = 0.25 × 12 = 3 Vで、二つの電圧降下の合計は、確かに6 Vになります。同じ電池に電球1個だけをつなぐと、0.5 Aが流れ、6 Vがそのままかかります。OpenStaxには、12.0 Vの電池に1.00 Ω、6.00 Ω、13.0 Ωを直列につなぐ例があります。合計は20.0 Ω、電流は0.600 Aです。電圧降下は0.600 V、3.60 V、7.80 Vで、合計は12.0 Vになります。最も大きい抵抗に、最も大きい電圧がかかる点に注目しましょう。
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直列つなぎの長所と短所
通り道が一つなので、回路のどこにスイッチを置いても、すべてをまとめて操作できます。照明のスイッチもこの仕組みで、操作する電灯と直列につながっています。ヒューズや配線用遮断器も、すべての電流が通るように直列に入れます。この性質は、直列配線の弱点でもあります。電球が一つ切れるとフィラメントが途切れて回路が開き、同じ列のほかの電球もすべて消えます。実験室で電球を一つ取り外して試してみましょう。
電球を直列に増やすと、暗くもなります。6 Vに12 Ωの電球3個をつなぐと、合成抵抗は36 Ω、電流は6 ÷ 36 ≈ 0.167 Aで、各電球にかかる電圧はわずか2 Vです。電池の電圧をより多くの部品で分け合うので、それぞれの取り分が小さくなります。電池自体も、直列につなぐと電圧を足せます。1.5 Vの電池2個を同じ向きに並べると3 V、4個なら6 Vです。一つを逆向きに入れると、その電圧は差し引かれます。
- 直列回路の道は一つなので、すべての部品に同じ電流が流れます。
- 電圧降下の合計は電池の電圧に等しくなります。
- R = R₁ + R₂ + R₃。部品が増えると抵抗が増し、電流は減ります。
- 一か所でも途切れると（スイッチや電球の断線）、すべて止まります。
- 電池を直列につなぐと電圧を足せます。
- 4 Ωと8 Ωを直列につなぎます。合成抵抗は何オームですか？
- その抵抗器2個を6 Vの電池につなぎます。電流は何アンペアですか？
- 8 Ωの抵抗器の両端の電圧は何ボルトですか？
- 12.0 Vに1.00 Ω、6.00 Ω、13.0 Ωを直列につなぎます。電流は何アンペアですか？（小数第3位まで）
- その回路で、13.0 Ωの抵抗器の両端の電圧は何ボルトですか？（小数第2位まで）
- 9 Vに12 Ωの電球3個を直列につなぎます。電流は何アンペアですか？（小数第2位まで）
- 直列につないだ電球が一つ切れました。ほかの電球は？
- すべて消えます
- 明るくなります
- 変わりません
- 同じ電球をもう一つ直列に加えました。電池から流れる電流は？
- 減ります
- 増えます
- 変わりません
- 1.5 Vの電池4個を、すべて同じ向きで直列につなぎます。合計の電圧は何ボルトですか？
- 電灯を操作するには、スイッチをどこにつなぎますか？
- 電灯と直列につなぎます
- 電灯の両端につなぎます
- どこでもかまいません
このコースの出典 (14)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
- 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
- 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
- 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
- 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
- 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
- 21.1 Resistors in series and parallel
- 21.2 Electromotive force and internal resistance
- 21.3 Kirchhoff's rules
- 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
- NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
- Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
- Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
- IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).
確認日: 2026-10-17