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キルヒホッフの法則(ほうそく)

カンガルー先生電流(でんりゅう)則(そく)はお金(かね)の出入(でい)りと同(おな)じ。入(はい)った分(ぶん)だけ出(で)ていく。電圧(でんあつ)則(そく)は1周(しゅう)すればもとの電位(でんい)に戻(もど)ることから来(き)ているよ。

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  1. キルヒホッフの第(だい)一(いち)法則(ほうそく)(電流(でんりゅう)則(そく))は、分岐(ぶんき)点(てん)で流(なが)れ込(こ)む電流(でんりゅう)の合計(ごうけい)と流(なが)れ出(で)る電流(でんりゅう)の合計(ごうけい)が等(ひと)しいという法則(ほうそく)。
  2. キルヒホッフの第(だい)二(に)法則(ほうそく)(電圧(でんあつ)則(そく))は、閉(へい)回路(かいろ)を1周(しゅう)すると起電力(きでんりょく)(新しいタブで開きます)の和(わ)と電圧(でんあつ)降下(こうか)の和(わ)が等(ひと)しいという法則(ほうそく)。
  3. 2つの法則(ほうそく)から連立方程式(れんりつほうていしき)を立(た)てることで、電池(でんち)や抵抗(ていこう)が複雑(ふくざつ)につながった回路(かいろ)の電流(でんりゅう)も求(もと)められる。

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詳しく

電流(でんりゅう)則(そく)と電圧(でんあつ)則(そく)

電池(でんち)や抵抗(ていこう)が複雑(ふくざつ)につながった回路(かいろ)は、オームの法則(ほうそく)(新しいタブで開きます)と合成(ごうせい)抵抗(ていこう)(新しいタブで開きます)の式(しき)だけでは解(と)けないことがある。キルヒホッフの法則(ほうそく)を使(つか)うと、どんな電気(でんき)回路(かいろ)でも電流(でんりゅう)・電圧(でんあつ)の関係(かんけい)式(しき)を立(た)てて解(と)くことができる。

キルヒホッフの第(だい)一(いち)法則(ほうそく)(電流(でんりゅう)則(そく))は、回路(かいろ)の1つの分岐(ぶんき)点(てん)について、流(なが)れ込(こ)む電流(でんりゅう)の合計(ごうけい)と流(なが)れ出(で)る電流(でんりゅう)の合計(ごうけい)が等(ひと)しいという法則(ほうそく)である。分岐(ぶんき)点(てん)に流(なが)れ込(こ)む電流(でんりゅう)をI₁、流(なが)れ出(で)る電流(でんりゅう)をI₂、I₃とすると、I1=I2+I3I_1=I_2+I_3。電気(でんき)量(りょう)が分岐(ぶんき)点(てん)にたまったり消(き)えたりしないこと(電気(でんき)量(りょう)の保存(ほぞん))から導(みちび)かれる。

キルヒホッフの第(だい)二(に)法則(ほうそく)(電圧(でんあつ)則(そく))は、回路(かいろ)の任意(にんい)の閉(へい)回路(かいろ)について、1周(しゅう)する間(あいだ)の起電力(きでんりょく)の和(わ)と、抵抗(ていこう)による電圧(でんあつ)降下(こうか)の和(わ)が等(ひと)しいという法則(ほうそく)である。閉(へい)回路(かいろ)を1つの向(む)きに1周(しゅう)するとき、起電力(きでんりょく)は電池(でんち)の+端子(たんし)に向(む)かう向(む)きに進(すす)むなら+、電圧(でんあつ)降下(こうか)は電流(でんりゅう)の向(む)きに進(すす)むなら+と決(き)めて式(しき)を立(た)てる。

電流則:I1=I2+I3(分岐点で電流の和は変わらない)Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

例題(れいだい):2つの電池(でんち)を含(ふく)む回路(かいろ)

起電力(きでんりょく)5.0V・抵抗(ていこう)2.0Ωの電池(でんち)と、起電力(きでんりょく)9.0V・抵抗(ていこう)3.0Ωの電池(でんち)を、共通(きょうつう)の抵抗(ていこう)1.0Ωに並列(へいれつ)につないだ。各(かく)抵抗(ていこう)を流(なが)れる電流(でんりゅう)をI₁、I₂、I₃(共通(きょうつう)の抵抗(ていこう)を流(なが)れる電流(でんりゅう))とすると、電流(でんりゅう)則(そく)よりI₁+I₂=I₃。

電圧(でんあつ)則(そく)を2つの閉(へい)回路(かいろ)に立(た)てると、5.0=2.0I₁+1.0I₃、9.0=3.0I₂+1.0I₃。I₃=I₁+I₂を代入(だいにゅう)して整理(せいり)すると、5.0=3.0I₁+I₂、9.0=I₁+4.0I₂の2式(しき)になり、これを解(と)くとI₁=1.0A、I₂=2.0A、I₃=3.0A。

2つの電池を含む回路(I1=1.0A、I2=2.0A、I3=3.0A)Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

なぜこの2つの法則(ほうそく)で回路(かいろ)が解(と)けるのか

電流(でんりゅう)則(そく)は、電気(でんき)量(りょう)が回路(かいろ)のどこにもたまらないこと(電気(でんき)量(りょう)の保存(ほぞん))から成(な)り立(た)つ。分岐(ぶんき)点(てん)に電気(でんき)量(りょう)がたまり続(つづ)けたら、その点(てん)の電位(でんい)はどんどん変(か)わってしまうが、実際(じっさい)の回路(かいろ)ではそうならない。

電圧(でんあつ)則(そく)は、閉(へい)回路(かいろ)を1周(しゅう)してもとの点(てん)に戻(もど)れば、電位(でんい)はもとの値(あたい)に戻(もど)ること(電位(でんい)の保存(ほぞん))から成(な)り立(た)つ。直列(ちょくれつ)・並列(へいれつ)の合成(ごうせい)抵抗(ていこう)の式(しき)も、実(じつ)はこの2つの法則(ほうそく)の特別(とくべつ)な場合(ばあい)であり、電池(でんち)が1つで単純(たんじゅん)な回路(かいろ)なら合成(ごうせい)抵抗(ていこう)で十分(じゅうぶん)だが、電池(でんち)が複数(ふくすう)ある回路(かいろ)やブリッジ状(じょう)の回路(かいろ)(次(つぎ)のページ)ではキルヒホッフの法則(ほうそく)が必要(ひつよう)になる。

確認問題

問題 1 / 4回路(かいろ)の1つの分岐(ぶんき)点(てん)に、2.0Aと3.0Aの電流(でんりゅう)が流(なが)れ込(こ)んでいる。流(なが)れ出(で)る電流(でんりゅう)が1本(ぽん)だけなら、その電流(でんりゅう)は何(なん)Aか。

確認問題(解答用紙)

この問題を端末で解くための QR コード

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/kirchhoffs-laws/?from=print#quiz

  1. 回路(かいろ)の1つの分岐(ぶんき)点(てん)に、2.0Aと3.0Aの電流(でんりゅう)が流(なが)れ込(こ)んでいる。流(なが)れ出(で)る電流(でんりゅう)が1本(ぽん)だけなら、その電流(でんりゅう)は何(なん)Aか。

    答え:____________

    正解:5.0
    電流(でんりゅう)則(そく)より、流(なが)れ込(こ)む電流(でんりゅう)の和(わ)と流(なが)れ出(で)る電流(でんりゅう)の和(わ)は等(ひと)しいので、2.0+3.0=5.0A。

  2. 起電力(きでんりょく)4.0V・抵抗(ていこう)1.0Ωの電池(でんち)と、起電力(きでんりょく)5.0V・抵抗(ていこう)1.0Ωの電池(でんち)を、共通(きょうつう)の抵抗(ていこう)0.40Ωに並列(へいれつ)につないだ。共通(きょうつう)の抵抗(ていこう)に流(なが)れる電流(でんりゅう)I₃は何(なん)Aか。

    答え:____________

    正解:5.0
    各(かく)電池(でんち)の枝(えだ)の電流(でんりゅう)はI1=4.0−0.40I3、I2=5.0−0.40I3。電流(でんりゅう)則(そく)I1+I2=I3に代入(だいにゅう)すると9.0−0.80I3=I3より、I3=9.0/1.80=5.0A。

  3. キルヒホッフの第(だい)二(に)法則(ほうそく)(電圧(でんあつ)則(そく))のもとになっている考(かんが)え方(かた)はどれか。

    • ◯ 運動(うんどう)量(りょう)が保存(ほぞん)されること
    • ◯ 分岐(ぶんき)点(てん)で電気(でんき)量(りょう)が保存(ほぞん)されること
    • ◯ エネルギーがすべて熱(ねつ)に変(か)わること
    • ◯ 閉(へい)回路(かいろ)を1周(しゅう)すると電位(でんい)がもとに戻(もど)ること

    正解:閉回路を1周すると電位がもとに戻ること
    閉(へい)回路(かいろ)を1周(しゅう)してもとの点(てん)に戻(もど)れば、電位(でんい)は出発(しゅっぱつ)したときと同(おな)じ値(あたい)に戻(もど)る。これが電圧(でんあつ)則(そく)(起電力(きでんりょく)(新しいタブで開きます)の和(わ)=電圧(でんあつ)降下(こうか)の和(わ))のもとになっている考(かんが)え方(かた)である。

  4. 分岐(ぶんき)点(てん)に5.0Aの電流(でんりゅう)が流(なが)れ込(こ)み、2本(ほん)の抵抗(ていこう)に分(わ)かれて流(なが)れ出(で)た。1本(ぽん)に2.0A流(なが)れたとき、もう1本(ぽん)は何(なん)Aか。

    答え:____________

    正解:3.0
    電流(でんりゅう)則(そく)より、流(なが)れ込(こ)む電流(でんりゅう)の和(わ)と流(なが)れ出(で)る電流(でんりゅう)の和(わ)は等(ひと)しいので、5.0−2.0=3.0A。

単元のポイント

  • 電流(でんりゅう)則(そく)(第(だい)一(いち)法則(ほうそく)) 分岐(ぶんき)点(てん)に流(なが)れ込(こ)む電流(でんりゅう)の合計(ごうけい)=流(なが)れ出(で)る電流(でんりゅう)の合計(ごうけい)(電気(でんき)量(りょう)の保存(ほぞん))
  • 電圧(でんあつ)則(そく)(第(だい)二(に)法則(ほうそく)) 閉(へい)回路(かいろ)を1周(しゅう)すると起電力(きでんりょく)の和(わ)=電圧(でんあつ)降下(こうか)の和(わ)(電位(でんい)の保存(ほぞん))
  • 連立方程式(れんりつほうていしき)で解(と)く 分岐(ぶんき)点(てん)ごとの電流(でんりゅう)則(そく)と、閉(へい)回路(かいろ)ごとの電圧(でんあつ)則(そく)を組(く)み合(あ)わせて電流(でんりゅう)を求(もと)める
問題を解く
単元のポイント
  • 電流(でんりゅう)則(そく)(第(だい)一(いち)法則(ほうそく)) 分岐(ぶんき)点(てん)に流(なが)れ込(こ)む電流(でんりゅう)の合計(ごうけい)=流(なが)れ出(で)る電流(でんりゅう)の合計(ごうけい)(電気(でんき)量(りょう)の保存(ほぞん))
  • 電圧(でんあつ)則(そく)(第(だい)二(に)法則(ほうそく)) 閉(へい)回路(かいろ)を1周(しゅう)すると起電力(きでんりょく)の和(わ)=電圧(でんあつ)降下(こうか)の和(わ)(電位(でんい)の保存(ほぞん))
  • 連立方程式(れんりつほうていしき)で解(と)く 分岐(ぶんき)点(てん)ごとの電流(でんりゅう)則(そく)と、閉(へい)回路(かいろ)ごとの電圧(でんあつ)則(そく)を組(く)み合(あ)わせて電流(でんりゅう)を求(もと)める