前回は「電気・電流のわかりやすい考え方・コツ 4〜抵抗とは何か?・電流と電圧と抵抗・電池の直列つなぎと並列つなぎ・稲盛和夫の「極めてクリアなイメージ」〜|中学受験・理科」の話でした。
電流の具体的イメージ:色鉛筆やマーカーで色分け
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まずは「オームの法則」を理解して、この法則に基づいて考えてゆくが電気・電流の問題です。
電気・電流のように「物理的」な問題は、基本法則をしっかり理解するようにしましょう。
すると、全ての問題が解けるようになります。
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本当に、
全部解けるようになるの?
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全部解けるように
なったら嬉しいけど・・・
「全部解けるようになる」ためには、繰り返しになりますが「基本をしっかり」です。
そして、力・電流など「目に見えないモノ」を描いて「イメージする」ことが大事です。
直列電池・並列電池をしっかり理解するにあたり、「電池が電流を持ち上げるイメージ」を描きました。
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・電流は、「電池の個数分の高さ=電圧」持ち上げられる
・電池の持ちは変わらない(流れる電流が同じ)
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・電流は、「電池1個分の高さ=電圧」持ち上げられる
・電池の持ちは、並列電池の個数分長くなる(流れる電流が減少する)
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電流を上に
持ち上げるよ!
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電池さん、持ち上げて
くれて有難う!
「電池に高く(=電圧)持ち上げてもらって、流れることが出来る」のが電流です。
電流は目に見えないので、その電流を電池が持ち上げる(起電力)様子も見えません。
見えないですが、このように最初は色を分けて、電流や持ち上げる高さを描くのが良いでしょう。
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鉛筆ではなくて、
色鉛筆とかで色分けした方がいいの?
好みによりますが、色鉛筆・マーカーなどで色を分けてみるのも良いでしょう。
上の図で筆者は、電流・持ち上げる高さ(電圧)をそれぞれ赤・水色を使いました。
こういう色は、決まりがありませんので、好きな色で良いでしょう。
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私が
好きな色で良いの?
「どんな色を選ぶか」も個性です。
「色を塗る」は塗り絵などしたと思いますが、受験勉強では少ないと思います。
「色を塗る」と楽しくなり、脳が刺激されて学習効果も上がるでしょう。
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ちょっと色鉛筆で
電流とか描いてみるね!
色鉛筆・マーカーなどを使って、理科を勉強してみましょう。
入学試験など、テストでは色鉛筆等は使えないでしょうから、慣れたら、鉛筆だけにしましょう。
慣れるまでは、電流と電圧を色で分けると、イメージしやすいと思います。
電熱線の抵抗:滑り台が滑りにくい時
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抵抗は、文字通り「抵抗」であり、「あると困るモノ」です。
流れる電流は、抵抗・電球などの「抵抗」を受けて、ちょっと疲れてしまいます。
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豆電球の中の
フィラメントは、通るのが大変で・・・
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通るときに、「大きな抵抗」を
感じるから、熱が出るよ・・・
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でも、その熱で電球を
光らせるよ!
豆電球の中のフィラメント(タングステンという材料)を通る際に、抵抗を受けて熱を出して、豆電球は光ります。
あなた自身が「電流になった気持ち」になってみましょう。
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電池によって「エイッと持ち上げられる」ということは、滑り台に乗るイメージです。
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滑り台に登る時に少し疲れますが、この「登る」のを電池がやってくれます。
つまり、登る階段が「エスカレーターになっている」イメージです。
そして、滑り台の上からツルツルした滑り台を滑るときは、疲れません。
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うん。
スーッと降りて、楽しいよ。
この感覚が、「抵抗がない(0、ゼロ)の回路」を流れる電流です。
抵抗が「完全に0(ゼロ)」の状況は、物理的に非常に難しいですが、仮にこう考えてみましょう。
滑り台を降りるときに、木の箱などの障害物があったらどうでしょうか。
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ぶつかるから、
痛いね。
その「ぶつかる感じ」が「抵抗を受けること」だと考えてみましょう。
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抵抗って、そういう
イメージなんだね。
「抵抗」は電球などの抵抗だけではなく、電熱線自体も抵抗になります。
この電熱線の抵抗を「無視して、抵抗が電球だけ」と考えることもあります。
現実的には、電熱線を電流が走っている間も「常に抵抗を受けている」のです。
先ほどの「滑り台」で、時々「滑りにくい」時がありませんか。
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ある!
雨が降って少し濡れている時とか。
そう言う時は、ズボンと滑り台がくっついてしまって、とても滑りにくいです。
その時は、滑り降りようとしている皆さんが、「滑り台から抵抗を受けている」ことになります。
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「電熱線の抵抗」
ってそういうことなんだね。
電熱線の長さ・断面積で「抵抗の大きさが変わる」話があります。
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それ、知ってるよ。
覚えているよ。
「オームの法則」のように数式ではなく、このような「性質」の話になると暗記に走りがちです。
「丸暗記・語呂合わせ」しがちな性質等の暗記ですが、内容を理解するようにしましょう。
この「電熱線の長さ・断面積」に関して、しっかりイメージして理解するようにしましょう。
電熱線の長さと抵抗:電線を描いてイメージ
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具体的に「電熱線の抵抗」を考えましょう。
「抵抗」は豆電球を考えることが多いですが、電熱線も抵抗があります。
電熱線に電流が流れる時に、抵抗が掛かって流れる電流が変化します。
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それ知ってるよ。
電熱線の長さが長くなると、抵抗が大きくなって・・・
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あれ?
小さくなるんだっけ・・・
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「抵抗が大きくなる」
って覚えているよ!
ここで、「丸暗記」ではなく、電熱線に電流が流れるイメージを考えてみましょう。
電熱線の長さや断面積が変わるのを考えるので、細長い電熱線を拡大しましょう。
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電熱線を大きく拡大すると、電熱線の中は真空ではなく、色々なモノがあります。
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細い電熱線の中は
分からないけど・・・
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何かが
たくさんあるはずだね!
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そのため、電熱線の中を流れる電流は、電熱線の中のモノに、ガンガンぶつかってしまいます。
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電熱線の中には、
色々なモノがあって・・・
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ガンガンぶつかるから、
痛いよ・・・
それが「抵抗」となります。
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「抵抗」を受けるから、
ちょっと減っちゃうよ・・・
そして、流れる電流は減ってゆきます。
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電熱線の抵抗って
そういうことだったんだ!
電熱線の長さを、実際に長く描いてみましょう。
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先ほどと同じように、電熱線を拡大してみましょう。
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「電熱線を長くしたら、抵抗はどうなるか」を考えてみましょう。
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電熱線が長くなると、電熱線の中のモノに沢山ぶつかります。
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電熱線が長いと、
ぶつかるモノも多くなる・・・
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電流が沢山モノにぶつかるので、「電熱線が長くなると抵抗が大きくなる」となります
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電熱線が長くなると、
抵抗が大きくなって、大変だよ・・・
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電熱線の中のモノは、電熱線の長さに比例します。
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やっと長い電熱線の
中を通り抜けた・・・
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一周してきたら、
また僕(電池)が持ち上げてあげる!
そのため、電熱線の長さが2倍になると、モノが2倍、そして抵抗が2倍になるイメージを持ってください。
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抵抗が電熱線の長さに比例する」と
暗記しなくても・・・
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こう考えると、
イメージで分かるね!
「ただ暗記」していると、
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抵抗は電熱線の長さに比例?
反比例?
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どっち
だっけ・・・
このように、悩むことがあるかも知れません。
電気・力などの基礎的事項は「暗記する」のではなく、「基本を理解・イメージ」しましょう。
すると、「覚えよう」として覚えなくても、スッと頭に入ってゆくでしょう。
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暗記しようとしないで、
自然に覚えられるなら、嬉しい。
次回は、電熱線の断面積が大きくなるとどうなるか、少し考えてみましょう。(下記リンク)