直列つなぎの電流の変化について

質問

乾電池1個とモーターを使った回路の電流の強さの測定をしても、乾電池２個とモーターを使った直列つなぎの回路で電流の強さを測定しても、電流の強さの差がほんの少ししかないのは、なぜなのでしょうか。電池が１個から２個に増えたのだから、２倍の電流が流れてもよいのではないのでしょうか。

回答No.4

noname#24350 · ベストアンサー

理由は二つあると思います。
1.　電池には内部抵抗があり、電池を2個直列にすると、この内部抵抗も2倍となり、電流は2倍より小さくなる。
2.　負荷がモーターの場合は、ANo.2の方がおっしゃる通りモーターに逆起電力が発生しており、特に無負荷では電池を直列にしても、電流はあまり増加しません。

　私も実験してみました。模型のモーターに定電圧電源で1Vの電圧を掛けた時無負荷で170mAでした。2Vで200mA,3Vで240mAでした。2倍の電圧で約1.2倍3倍の電圧で約1.4倍の電流でした。
　これは定電圧電源でしたが、電池なら内部抵抗増加による電圧降下で、これより少し少ない電流になるはずです。

お礼

ありがとうございます。
電池の内部抵抗が一つの原因であるということと、それが、モーターの逆起電力に比べると影響が小さいということがわかり、たいへん参考になりました。モーターではなく、その直列回路に豆電球を使ってみました。電池を１個から２個に増やしても、やはり電流はあまり増加しません。これは、電池や豆電球の内部抵抗の影響なのですね。

回答No.5

noname#24350

> モーターではなく、その直列回路に豆電球を使ってみました。電池を１個から２個に増やしても、やはり電流はあまり増加しません。これは、電池や豆電球の内部抵抗の影響なのですね。

　モーターではなく豆電球の場合は、また違った理由になります。電球のフィラメントの抵抗は正の温度特性を持っています。電圧が低い場合は電流も小さくフィラメントの温度も低くて抵抗も比較的小さいのです。
　電圧が上がると電流が増し、フィラメントの温度が上がります。そうするとフィラメントの抵抗が大きくなり、電流を小さくしようとします。フィラメントの放熱と発生する熱の釣り合いが取れた所で安定します。
　つまり電圧を上げてもそれに比例して電流は増えないのです。

　これを証明する実験として、電球2個の直列回路では電球の明るさが同じにならないのです。電流は同じでも、抵抗が少しでも違うと、抵抗の大きい方の電圧が高くなり、更に明るくなります。そうすると更に抵抗が大きくなり、更に電圧が上がります。この悪循環でどちらか一方の電球だけ明るくなります。

お礼

さっそくためしてみました。
フィラメントの正の温度特性についてよくわかりました。
不明なことがすべて解決しました。ありがとうございました。

回答No.3

88rgvsp

まずは直列ですが、例えば１．５Ｖ・１５００ｍＡｈ（ミリアンペア時）
の電池を２個直列にしますと３Ｖ・１５００ｍＡｈになります。

並列では１．５Ｖ・３０００ｍＡｈになります。

このように直列では１．５Ｖｘ２個＝３Ｖになり、電圧が高くなり電流はそのままです。
並列では１５００ｍＡｈｘ２個で３０００ｍＡｈとなり、容量が２倍になります。
なので、懐中電灯を明るく照らしたい場合は直列にし、電圧を上げます。
長い時間使いたい場合は並列にし、容量を上げます。ですのでたいていの懐中電灯は電池が４個入ってると思います。２直２並列で。
例が懐中電灯になってしまいましたが分かりましたか？

お礼

ありがとうございます。
懐中電灯の説明がよくわかりました。
参考になりました。

回答No.2

noname#13386

この分野の専門家ではないですが・・・電気屋のはしくれとして回答します。
モータは知ってのとおりコイルと鉄芯と磁石で出来ているのが一般的です。
状態
　１．鉄芯にコイルを巻いてある（電磁石）
　２．その電磁石が高速で磁石の磁界の中を回転（移動）しているから逆起電力が発生している。（発電機状態）
　３．逆起電力は無負荷状態では電源電圧（乾電池電圧）と同じだが、僅かな負荷（摩擦など）がある。
　４．乾電池を２倍にすると回転数も２倍近くになるので逆起電力も２倍近くになる。

以上の状態を考慮して電流を導くと・・・
電流＝（電源電圧ー逆起電力）／コイルの抵抗

結論
　電圧を増して回転数が上がっても、モータのロスが比例しないのでは・・・
　そのロスをカバーするだけの電力消費分だけモータが電流を要求するから僅かしか増加しないと思われます。

お礼

逆起電力の説明が大変よくわかりました。
ありがとうございます。
モーターを使った回路については、電圧の変化がつまり、モーターの回転速度の変化と考えた方がよいのですね。

回答No.1

noname#91219

確か、直流の場合は各部分の電流はどこも同じです。ただし電圧は各部の合計が電源の電圧になります。
一方並列の場合は、分かれた部分のそれぞれの電流の和が電源の電流の大きさになります。電圧は各部分が同じです。ですから、その回路のどこを測っても変わらないのです。理由は・・・専門ではないですので他の方にバトンタッチします。

お礼

ありがとうございます。
直列回路と並列回路では、電流と電圧の関係がそうでしたね。