直流と交流
カワウソ先生発光ダイオードは一方向にしか電流を通さないから、交流につないだときの見え方で直流と交流を見分けられるよ。
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- 電池(新しいタブで開きます)の電流のように向きがいつも同じ電流を直流、家庭のコンセントの電流のように向きが周期的に変わる電流を交流という。
- 交流が1秒間に向きを変えて同じ状態に戻る回数を周波数といい、単位はHz(ヘルツ)。日本は東日本50Hz、西日本60Hzと周波数が異なる。
- 発光ダイオードは電流を一方向にしか流さない。直流ではつなぐ向きで光るか決まり、交流では2個を逆向きにつなぐと交互に点滅して見える。
詳しく
公式
電池から流れる電流のように、向きがいつも同じ電流を直流という。一方、家庭のコンセントから流れる電流のように、向きが周期的に変わる電流を交流という。
交流が1秒間に向きを変えて同じ状態に戻る回数を周波数といい、単位はHz(ヘルツ)で表す。日本の家庭用電源の周波数は、東日本で50Hz、西日本で60Hzと決まっている。
交流は、発電所で発電機(新しいタブで開きます)のコイルや磁石を回転させてつくられるため、回転にともなって電流の向きが周期的に入れ替わる。発電所から家庭までの送電には、この交流が使われている。
例題
例題1:発光ダイオード(LED)は電流を一方向にしか流さない。直流電源につないだとき、光るか光らないかはつなぐ向きで決まる。
例題2:交流電源に発光ダイオードを2個、向きを逆にして並列につなぐと、交流の向きが変わるたびにどちらか一方だけが光る仕組みだ。交流は向きを周期的に変えるので、2個が交互に点滅して見える(切り替わりが速く、人の目にはどちらも光っているように見えることがある)。
この方法で、電源が直流か交流かを見分けられる。直流なら発光ダイオードの一方だけが光り続け、交流なら2個が交互に点滅する。
なぜそうなるか
交流で電流の向きが周期的に変わるのは、発電機の中でコイルや磁石が回転し続け、コイルを貫く磁界(新しいタブで開きます)の向きが周期的に入れ替わるため(電磁誘導の仕組み)。
発光ダイオードが向きを見分けられるのは、一方向にしか電流を流さない性質を持つため。電流が流れる向きに電源をつなげば光り、逆向きにつなげば光らない。
送電に交流が使われているのは、変圧器を使って電圧を変えやすく、発電所から家庭まで電気を送るときの電力(新しいタブで開きます)の損失を抑えやすいため(変圧の仕組み自体は中学の範囲を超える)。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/direct-current-and-alternating-current/?from=print#quiz
乾電池の電流のように、向きが変わらない電流を何というか。
- ◯ 放電
- ◯ 直流
- ◯ 交流
- ◯ 誘導電流
正解:直流
向きがいつも同じ電流を直流、向きが周期的に変わる電流を交流という。交流が1秒間に向きを変えて同じ状態に戻る回数を表す量を何というか。
- ◯ 振幅
- ◯ 抵抗
- ◯ 電力
- ◯ 周波数
正解:周波数
この量を周波数といい、単位はHz(ヘルツ)で表す。日本の家庭用電源の周波数について正しいものはどれか。
- ◯ 日本全国どこでも60Hz
- ◯ 東日本50Hz・西日本60Hz
- ◯ 周波数という量は使わない
- ◯ 日本全国どこでも50Hz
正解:東日本50Hz・西日本60Hz
日本は東日本で50Hz、西日本で60Hzと周波数が異なる。発光ダイオードを2個逆向きにつないで電源が交流か直流かを見分けるとき、交流につないだ場合の見え方はどれか。
- ◯ どちらも光らない
- ◯ 色が変わって光る
- ◯ 2個が交互に点滅する
- ◯ 片方だけが光り続ける
正解:2個が交互に点滅する
交流は向きが周期的に変わるので、逆向きにつないだ2個の発光ダイオードが交互に点滅する。
単元のポイント
- 直流 電流の向きが変わらない電流。乾電池など
- 交流 電流の向きが周期的に変わる電流。家庭用電源など
- 周波数 交流が1秒間に向きを変えて繰り返す回数。単位Hz(ヘルツ)
- 発光ダイオード 電流を一方向にしか通さない性質で、直流と交流を見分けられる