【STEP5-5】抵抗の交流回路|電圧と電流が同時に動く

Lesson5 抵抗の交流回路|電圧と電流が同時に動く

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純抵抗回路の電圧と電流の位相差は?

読む前に1問。10秒で終わります。

位相の読み方を、最も単純な抵抗回路で確かめます。ここを基準にすると、コイルとコンデンサの違いが見えやすくなります。

交流で止まりやすいのは、交流になっただけでオームの法則が使えなくなると思うことです。

今日のゴール

抵抗回路では電圧と電流が同相で、実効値なら V=RI を使えると説明できるようになる。

まず、現象を言葉で読む

純抵抗回路では、電圧が正なら電流も正、電圧が0なら電流も0、電圧が負なら電流も負です。したがって電圧と電流は同相です。実効値を使えば、直流と同じ形のV=RIで計算できます。電力は常に0以上で、抵抗は電気エネルギーを熱へ変えます。

  • Rだけの回路かを確認する
  • VとIの山が同時かを見る
  • 電力は実効値で計算する

ここでは、次の図で何が先に起き、何が後から変わるのかを見ます。

STEP5-5 抵抗回路の図解
抵抗回路。

抵抗は、電圧と電流をずらさない

純抵抗では、電圧が正なら電流も正、0なら0、負なら負です。波形の山・谷・0を同じ時刻に通るので、位相差は0°です。ためたり返したりする部品ではないため、受け取った電気エネルギーは熱になります。

図を見たら、公式へ進む前に自分の言葉で一度説明してみてください。

STEP5-5 同相波形の図解
同相波形。

公式は、図の関係を短く書いたもの

V=RI,\qquad P=VI=I^2R=\frac{V^2}{R}

実効値を使えば V=RI の形は直流と同じです。位相差が0°なので、P=VI はそのまま有効電力になります。

STEP5-5 ベクトルの図解
ベクトル。

小さな数字で確認する

R=20 Ω、V=100 Vなら I=5.0 A、P=500 Wです。計算の前に「抵抗だから同相、力率1」と一行書くと迷いません。

数字を入れた後も、最初に予想した向きや増減と合うかを確かめます。

STEP5-5 計算の図解
計算。

電験3種での読み方

  1. Rだけの回路かを確認する
  2. VとIの山が同時かを見る
  3. 電力は実効値で計算する

まとめ

抵抗回路は、交流の基準点です。次のコイルでは、この同時性がどう崩れるかを見ます。

次はLesson6「コイルの交流回路」です。

EXERCISE

読んだ直後に、6問だけ。

問1 予想

R一定で実効電圧を2倍にすると電流は何倍ですか。

答えを見る

2倍

I=V/Rです。

問2 位相

抵抗回路で電圧が最大になるとき、電流はどうなりますか。

答えを見る

同時に最大

同相です。

問3 式選択

抵抗の消費電力を電流から求める式は何ですか。

答えを見る

P=I²R

実効値を使います。

問4 まちがい探し

抵抗では電流が電圧より90°遅れるとした。

答えを見る

抵抗では同相

遅れるのは純コイルです。

問5 計算

R=25 Ω、V=100 Vの電流を求めてください。

答えを見る

4.0 A

100/25です。

問6 計算

R=10 Ω、I=3.0 Aの電力を求めてください。

答えを見る

90 W

I²R=9×10です。

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