電池の電圧が直列つなぎと並列つなぎで変わる理由を解説!【電気の粒の高さがポイント】

電池の役割

電流とは小さな電気の粒が流れることです。

回路には電流が流れているから豆電球が光ります。そしてもちろん回路の中に電池がなければ、豆電球は光りません。

じゃあ電池はどんな役割があるのでしょうか?

(これからの説明は事実と少し違いますが、電池のイメージをつかむものとして考えてください。)

電気の粒が回路を一周する様子を考えてみましょう。

電気の粒は電池の+極を出発して、豆電球を光らせてから電池の-極に戻ってきます。

例えば、+極から100個の電気の粒が出発したら100個の電気の粒がそのまま-極に戻ってくるわけです。

数は同じですが、出発した電気の粒と、戻ってきた電気の粒には違いがあります

さて、何が変わっているんでしょうか?

実は、電気の粒の高さが変わっているんです!

豆電球が光る時、そこに電気の粒が流れていきますが、ただ通っているだけでなく、高さを失っているんです。

高いところから電気の粒が落ちるから、粒が水車を回すように豆電球が光ると考えてください。

この電気の粒の高さが高いほど豆電球が明るく光るイメージがつかめますね。

じゃあ電池は何をしているのかというと、電池の役割は電気の粒を上にあげることです。

1つの回路をイメージでとらえるとこんな感じです。

電池を通った時と豆電球を通った時で、電気の粒の高さが変わっていることがわかりますね。

この電池や電源が電気の粒をどのくらいあげられるかの能力を電圧といい、電圧の大きさをV(ボルト)で表します。

上のイラストを回路図で表すと、このようになります。

電池や電源は電気の粒の高さを上げていて、回路図で見ると、上の導線を通る電気の粒の高さ(電位)は1.5Vで、下の導線を通る電気の粒の高さは0Vということです。

電圧は電流を流す力とも考えられますね。

電池が高く電気の粒を上に上げられるほど電圧が大きい=電流を流す力を持っている⇒豆電球が明るく光る

ということになります。

まとめると、回路全体で電池は電気の粒を上にあげる

豆電球がその上がった粒をを使って光る

この高さが電圧で、電圧が大きいほど豆電球の光は明るくなるということですね。

直列回路・並列回路の電圧の上がり方

電池の役割は電気の粒を上げる(電圧を大きくする)ことで、つまり電気の粒が電池を通ると、1.5V分上に上がれるわけです。

直列回路の場合、回路は一本の道になっているので、電池の数だけ電気の粒は電池を通ることができるので、電圧が上がります。

イメージはこんな感じ

電池2つ分、電気の粒の高さ(電圧)が上がっていることがわかります。

一方、並列回路の場合は、電気の粒が回路を流れていく様子をイメージすると、どんな経路を通っても1つの電池しか通ることができません

だから、電池の粒が持てる電圧は1.5V分しかなく、豆電球の光は小さいわけです。

ただ、電池側から考えると並列回路の中に2つの電池があった場合、1つの電池が持ち上げればいい電気の粒の数は半分になるので、仕事が少なく、電池が1つの場合に比べて倍長持ちするというわけです。

文字だと難しいですが、イラストで考えるとわかりやすいと思います!

乾電池の電圧

乾電池と豆電球をつなげると電流が流れ、豆電球が光ります。

電流が流れるのは乾電池が電圧(電気を流す力)をかけているからでしたね。

さて、乾電池には単1、単2やボタン電池とたくさんの種類があります。

豆電球につなげたとき最も明るく光るのは大きい単1の電池でしょうか?それとも意外と小さいボタン電池でしょうか?

正解はどの電池でも同じ明るさになります。

一般的に売られている乾電池は大きさはそれぞれ違いますが、電圧の大きさはすべて1.5Vなんです。

じゃあボタン電池でいいや、と思うかもしれませんが、使うことが出来る時間が違います。

大きい方が長持ちするんです。なので、大きな道具には大きな電池が、たくさん持ち運ぶなど軽い必要がある道具には小さな電池が使われていることが多いです。

まとめ

豆電球に入る前と出た後の電流の大きさは等しい

電流を流す力を電圧といい、大きさはV(ボルト)で表す。

電池が電気の粒を上にあげて豆電球は粒を下げることで光る

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プロフィール
ゆうしろ

私立中・高一貫校の現役理科教員です。
専門は生物学で、中学・高校理科の教員免許を持っています。
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