電気回路：部品、タイプ、および関連する概念

ロバート-ヘイゼン博士、ジョージ-メイソン大学

電気回路は、私たちの日常生活の中で実用的なアプリケーションを持っている重要な概念です。 電気エネルギーの源、デバイス、および導電性材料の閉ループ—それは三つの異なるコンポーネントを組み込んだ非常に単純な概念です。

電気エネルギーの源

電気回路の最初の成分は、電子が移動することを可能にする電気エネルギーの源です。 このソースは、バッテリー、太陽電池、または水力発電所である可能性があります—正の端子と負の端子があり、電荷が一方から他方に流れる可能性がある場 この電荷の押し込みは電圧と呼ばれ、その電位はボルトで測定されます。

電気回路内のデバイス

第二のコンポーネントは、デバイスです。 それはそれを通過する電流に応答します。 今日、装置は壁のソケットに差し込まれ、電気と使用することができる何かである。 ループは、一般的に導電性材料を使用して閉じています。 それは通常ワイヤーですが、ループを閉じることができる他の種類の材料もあります。 例えば、導電性材料であってもよく、あるいはいくつかのケースでは、閉回路の一部となるデバイスのシャーシであってもよいプラスチック表面上に堆積されたテレビ内部の金属の様々なストリップがあります。

電気回路の抵抗

第三の成分は抵抗です; すべての回路は電子の流れにある程度の抵抗を持っています。 電子は、ワイヤを構成する他の電子および原子と衝突し、したがって、それらのエネルギーの一部を熱に変換する。 熱としてそのエネルギーの一部を失うことなく、ある形態から別の形態にエネルギーを伝達することは、単に不可能である。

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電気回路としての懐中電灯

懐中電灯は、これら三つのコンポーネントをすべて組み込んだシンプルなデバイスです。 懐中電灯の2つの電池がソースです。

懐中電灯の端にある電球は、電流が流れるデバイスです。 電流は非常に小さなフィラメントを通って流れ、電気抵抗のために非常に高い温度まで加熱されます。 その結果、フィラメントは明るく輝く。

回路は、懐中電灯のサイドバレルを下る金属のストリップによって最終的に完了します。 また、懐中電灯の一方の端にはワイヤのコイルがあり、もう一方の端にはバッテリの接点と、回路を一緒に完了するワイヤのもう一方のストリップがあ

スイッチ、ヒューズ、遮断器

懐中電灯や他のほとんどの電気器具にもスイッチがあります。 スイッチは伝導性材料の連続的なループを壊すのを助けるただ装置です。

スイッチが開いているときは電流の流れはありませんが、スイッチが閉じているときは流れがあります。 基本的に、すべての回路はこのように動作します。 あなたの部屋の壁に差し込まれた回路でさえ、あなたの家から発電所まで続く連続したループのワイヤがあります。

過負荷による大きな火災を防ぐためにヒューズまたは遮断器を使用します。 ヒューズは、電流が高すぎると燃え尽きるように設計されています。

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電気回路の種類

家庭などの一般的な機器には、直列回路と並列回路の二つのタイプがあります。

直列回路—直列回路は複数のデバイスで構成され、それぞれが一つの大きなループで次々にリンクされています。 しかし、異なるデバイスはそれらの間で異なる電圧を持ち、直列回路内のすべてのデバイスに同じ電流が流れます。

直列回路のいずれかのデバイスが故障した場合、回路全体が故障します。 例えば、電池に接続されるワイヤーのちょうど1つのループのシリーズで接続される3つの電球があれば。 1つの電球がねじを外すと、回路全体が故障します。

並列回路—並列回路では、単一のソースがワイヤの別々のループに電圧を供給するように、異なるデバイスが配置されています。 回路全体のすべてのデバイスの電圧はまったく同じですが、一般に、異なるデバイスでは異なる電流が表示されます。 この場合、各デバイスは他のデバイスが失敗しても動作します。

例えば、二つの電球が並列にリンクされており、一方がねじ解除されている場合、もう一方が動作します。 現代のクリスマスツリーのライトは並列回路で行われているので、単一のライトが燃え尽きても、ストランド全体を捨てる必要はありません。

これはビデオシリーズThe Joy of Scienceからのトランスクリプトです。 Wondriumで、今それを見てください。

電気回路間の関係を体系化する–キルヒホッフの法則

回路の体系化された動作は電気工学において非常に重要であり、キルヒホッフの法則によって説明される。 最初の法則は、「電源によって生成されるエネルギーは、抵抗の結果として失われる熱を含む回路で消費されるエネルギーに等しい。”

第二の法則は、”任意の接合部に流れる電流は、その接合部から流れる電流の合計に等しい。「これは、電流がワイヤを流れる電子であり、接合部に流れる電子の数がその接合部から流れる電子の数に等しいことを意味します。

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電気エネルギーの異なる形態は基本的に同じですか？

マイケル-ファラデーは、これらすべての異なる種類の電気を慎重に体系的に調査しました。 彼は、これらの異なる形態の電気のすべてがまったく同じ種類の現象を生成し、電子の動きに起因することを実証することができました。

ファラデーは、あらゆる形態のエネルギーが火花を生み出し、ワイヤーを通って流れることができ、仕事をすることができると結論づけました。 彼の研究はまた、電気ウナギの動物の電気、電池からの電気、および雷の電気がすべて同じ現象であることを初めて示しました。

電流と電力

電気回路を通る電子の流れや動きを電流と呼びます。 電流はアンペア単位で測定されます。 一つのアンペアは、毎秒その回路内の点を通過する約6億電子に対応しています。

電気に関連するもう一つの重要な用語は電力です。 力は仕事を時間で割ったものとして定義されます。 電気回路では、電力はワットで測定された電流電圧に等しくなります。 ワット数が高いほど、そのオブジェクトによって消費されるエネルギーは、電球、アンプ、または任意の電気機器であることがより速くなります。

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