抵抗について

質問

次の抵抗の値ってどのくらいですか。
・豆電球の抵抗（一般的なもの）
・ＬＥＤ（ダイオード）
・モーター（マブチモーター）

回答No.4

Teleskope · ベストアンサー

オームの法則とは、

　　電気抵抗≡電圧/電流

で電気抵抗を定義するものです。

１．
『オームの法則とはグラフで表せば原点を通る直線である』…最初に習う定義はこうですね。線形理論です。名前のとおり直線的＝正比例な関係しか扱いません。
　この定義では；LEDは原点を通ってるけど直線的でないので オームの法則に乗ってない、となります。とすれば電球も 原点を通るが直線的ではないので
http://web.kyoto-inet.or.jp/people/sugicom/kazuo/sozai/tenmame.gif
のでオームの法則に乗ってない、オームの法則では計算できない、となってしまう。
これを本末転倒的に言い替えると、『 LEDも豆電球も 抵抗ではない 』 となってしまうのですね。ネット上ではそんなニュアンスで電気抵抗の意味を説明してるサイトが散見されます。

２．
『 直線的な特性でなくても、(微小な電圧変化)/(微小な電流変化) を抵抗と定義する。』…本格的に電気を学ぶときに習うオームの法則です。これによって「ダイオードは非線形な抵抗だ」と言います。そして「豆電球も非線形な抵抗だ」となります。
(微小変化)/(微小変化) は微分ですよね、特性曲線の傾きです。これを 『 微分抵抗 』 と言います。

３．
それでは、回答No3のような「電球はオームの法則（初等定義）で計算できる」という素朴な考えは何なのでしょう。　「…電池があって豆電球があって途中に抵抗器が無い、なのに電流は一定で流れてる、だから、豆電球は抵抗なのでは…」という考えです。
　この考えで浮かび上がってくる抵抗とは、何者なのでしょう。
　特性曲線を y=f(x) と書けば f(x)/x という者です。
最初の素朴な定義に従って「こんな計算は違反です」というのは論外です。
で、
こうして計算した数値と「同じ値の抵抗器」で、そっと置き換えても、回路の状態は変化しませんよね、こういうのを　等価抵抗（とうかていこう）　と言います。

電気では 等価ナニナニ というのが多数登場します。いずれも「置き換えても状態が変わらない」という論法です。
（回答No.2では動作抵抗と書いてました、発音が似てたせいか馬鹿やってました、ご免なさいです。）

　そういうわけで、電球を抵抗と見なすなら、LED も同じ意味で抵抗と見なせます。

４．
　次に、「 LED には抵抗が必要だ。抵抗が無いと大電流でこわれてしまう」のは電子工作でも常識だと思います。
　しかし、
自転車用の豆電球を商用電源の100Vで点けると大電流でこわれてしまいますが、電流を制限する抵抗を付けてやれば大丈夫です。　← この状況、LEDと同じなのです。

　例えば、抵抗無しで LEDを10mAで光らせたいと思ったら、
http://web.kyoto-inet.or.jp/people/sugicom/kazuo/sozai/tenled.gif
この図を見て 10mAのところの電圧を 正確に与えればいいのです。約 2.0V ですね。
もし3.0Vをかけると、図をはみ出してしまう大電流になりますね。　もし市販の乾電池２本直列そのままつなぐと、大電流を出せる電池なら LED は焼け切れそうです。　←この状況、豆電球を直接100Vにつないだのと同じなのです。

電流制限抵抗は「電池の電圧と LEDの電圧の 差額を分担してくれてる」のです。

　例えば1.5V用の豆電球を倍の3Vで使うと、
http://web.kyoto-inet.or.jp/people/sugicom/kazuo/sozai/tenmame.gif
図から電流は何倍にもなりませんけど、ひどく明るくなって寿命が短いですよね。だから こういう使い方をするなら LEDと同じく制限抵抗が必要なのです。（こういう使い方は滅多にやらないので知られてないだけです。）

　LEDと豆電球の図を比べると、LEDは立ってます。豆電球は寝てます。電圧がわずか変化したときの電流の変化は、LED の方がずっと大きいですね。　だから制限抵抗なしで LED を使うときは、電圧を正確に押さえる必要があります。　レーザーの発光ダイオードなどはそういう使い方もされますが、一般工作では抵抗を使うのが安価で確実です。

回答No.3

mayan09

豆電球の抵抗は　＃２さんのとおり
単に　オームの法則で計算することができます。

ＬＥＤは半導体ですが 抵抗の概念とは違います。
ダイオードと同じく一定の電圧を降下させるという特性があります。シリコンダイオードは0.6Vの電圧降下
ＬＥＤは種類により異なりますが２～３Ｖの電圧降下となり光を出すという代物です。
電圧降下以上の電圧をかけると電流はどんどん流れるためＬＥＤは壊れます。よって直列に抵抗を入れて電流を制限します。

電圧　５Ｖ ＬＥＤの電圧降下 2.0V LEDへの電流20mAとすると
電流制限抵抗＝（5000mV-2000mV）/20＝150オーム
となります。

モーターは、巻線抵抗から電流を求めることはできません。
これは コイルに通電-OFFの繰り返しをしているのと
交流のような別の要因が絡むためです。
難しいので省略します。

単純なオームの法則で解けるものはいいのですが
半導体やコイルの絡むものは難しいです。

回答No.2

Teleskope

１．豆電球
　カタログから、オームの法則 R=V/A で計算してください。
電力は W=VI だから R=V^2/W

自転車用電球の例
http://www.cycle-yoshida.com/cateye/option/hl/valve_page.htm
例えば、4.8V 0.5A なら、4.8V/0.5A = 9.6Ω
例えば、6V 2.4W なら、6V×6V/2.4W = 15Ω

家庭用ライトの例
http://www.toshiba-denchi.jp/theater/pocket-krypton/index2.html
http://www.toshiba.co.jp/living/webcata/lamp/kf_322kt.htm

豆電球の電圧と電流の関係図
http://web.kyoto-inet.or.jp/people/sugicom/kazuo/sozai/tenmame.gif

２．ＬＥＤ
　例えば、3V のLEDに 20mA 流したとすれば、
　　3V/20mA = 3V/0.020A = 150Ω
です。
専門用語で「動作抵抗どうさていこう」と言ってください。単に抵抗と言うと 人によって様々ですから、動作抵抗と。

この動作抵抗は流す電流で変わってきます。例えば 40mA 流してテスターで電圧を測ってみたら 3.2V であったとすると、
　　3.2V/0.040A = 80Ω
に変わってます。
このように、流す電流で変わります。電流が大きいほど動作抵抗は小さくなります。

LEDの電流と電圧の関係図
http://web.kyoto-inet.or.jp/people/sugicom/kazuo/sozai/tenled.gif

参考までに；上図の「点電球」というのはものすごく小さい豆電球です。
http://web.kyoto-inet.or.jp/people/sugicom/kazuo/neta/bake12.html

３.馬淵モーター
　種類がありすぎるので、
http://www.mabuchi-motor.co.jp/ja_JP/product/p_0305.html
例えば↑の「玩具、プラモデル用」の最初にある「FA130RA」の、3Vで使う FA-130RA-18100 の例；

(a)
　大まかな値
停止状態で 2.10A だから 3V/2.10A = 1.43Ω
空転状態で 0.15A だから 3V/0.15A = 20Ω
これの間です。

(b)
　数式で表すと、
電流～トルク の特性は図にありますね、直線状です。式にすると
　　I = 0.15＋0.5524T [A]　　…(1)
です。
回転数～トルク も図にありますね、式にすると
　　N = 12300－3484.4T [回転/分]　　…(2)
この二つの式から
電流～回転数 が求まります。
　　I = 2.1－0.00015854N [A]　　…(3)
です。
抵抗=電圧/電流 の式から
　　抵抗 = 3/(2.1－0.00015854N) [Ω]　　…(4)

回答No.1

ymmasayan

これは全部難しいです。
１．豆電球・・冷えているときと光っているときでめちゃめちゃに抵抗値が違います。
２．ＬＥＤ・・単純な抵抗ではありません。３Ｖ前後までは電流が流れません。
それを越えると電流が流れますが抵抗は電流値によって変化します。
３．モーター・・・無負荷の時と負荷をかけたときとで電流が大きく違いますので見かけ上桁の違う抵抗値に見えます。