乾電池の数と電圧の大きさの関係を調べよう!

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。

 

乾電池の大きさを変えても、豆電球は明るくなりません。じゃあ、明るくするためには、たくさんの電池を使えばいいんでしょうか?

今回は、乾電池の数を増やして豆電球を明るくする方法を考えて行きましょう!

乾電池の数と電圧の関係

さて、乾電池は説明書きに書いてある通り1.5Vの電圧がかけられるはずです。

、、、本当にそうでしょうか?試してみましょう。

 

実際に電圧計を使って電圧を測って乾電池1個で1.5Vの電圧がかけられているのか実験してみましょう。

電圧計は測りたい部分に並列につないで測定します。

測定すると電圧は1.20Vという結果になり、乾電池の表記とは違いますね。

なぜでしょうか?

 

これは、今回測っている電圧が豆電球にかかる電圧で、実際は導線などにも電圧がかかっているから、乾電池は1.5Vの力で電流を送ろうとしているけど、豆電球には1.20V分しかかかっていないと考えられますね。

乾電池の数を増やして電圧の大きさを調べてみましょう!

直列回路の場合

乾電池を2つ、3つ、4つにして直列回路を電圧を測ってみましょう。

結果は表のようになりました。

1個 2個 3個 4個
1.30V 2.60V 3.90V 5.00V

乾電池の数と電圧がだいたい、比例していることがわかりますね。

乾電池を直列つなぎすると電圧が大きくなることが確認できましたね。これは小学校で習ったかもしれません。

並列回路の場合

今度は同じように乾電池を並列つなぎして、豆電球にかかる電圧の大きさを測りました。

結果は次の表です。

1個 2個 3個 4個
1.20V 1.20V 1.20V 1.20V

並列つなぎをした場合は、乾電池を何個にしても豆電球にかかる電圧は変わりませんでした。

だとすると、なんか乾電池が無駄な気がしますね。

この乾電池を並列つなぎにするメリットは、電池が長持ちすることにあります。

乾電池で動く道具に入る電池の数が多いほど交換する頻度が少なくて済むと考えられますね。(同じ電気を消費する場合)

 

直列つなぎと並列つなぎでなぜ電圧が変わるのでしょうか?

電池の役割に注目しながら考えてみましょう!

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!

まとめ

電流を流すはたらきの大きさを電圧といい単位はV(ボルト)で表す

直列回路の電圧は電池が多いほど大きなり、並列回路では電池の数に関わらず同じ

電池が与えた高さを豆電球が使って光るイメージ

中2物理
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プロフィール
ゆうしろ

公立中学校の現役教員です。
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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