目次
⚡ 直流回路の勉強で、こんな悩みを抱えていませんか?
- オームの法則は覚えたけど、応用問題になると手が止まる…
- 直列・並列の合成抵抗の計算がいつも混乱する
- キルヒホッフの法則って、結局どう使えばいいの?
- ホイートストンブリッジや複雑回路が全然解けない!
- 直流回路の範囲が広すぎて、何から手をつければいいかわからない…
この記事では、直流回路を基礎から応用まで5つのステップで体系的に学べる完全ロードマップを提供します。各ステップごとに専門記事へのリンクも用意しているので、苦手な部分を集中的に学べます!
💡 直流回路とは?電験三種での重要性
直流回路は、電験三種「理論科目」の中でも最も基礎的で重要な分野です。
直流回路をマスターすれば、交流回路や電子回路の理解も一気に深まります。
🔍 直流回路で学ぶべき5つのステップ
- ステップ1: オームの法則(V=IR)の完全理解
- ステップ2: 合成抵抗の計算(直列・並列・複雑回路)
- ステップ3: 抵抗率と導電率の違い
- ステップ4: ホイートストンブリッジ(抵抗測定)
- ステップ5: キルヒホッフの法則(複雑回路の攻略)
この順番で学習すれば、基礎から応用まで確実に理解できます!
📊 直流回路の出題傾向
| 出題テーマ | 出題頻度 | 重要度 |
|---|---|---|
| オームの法則・合成抵抗 | 毎年必須 | ★★★★★ |
| キルヒホッフの法則 | 頻出 | ★★★★★ |
| ホイートストンブリッジ | 2年に1回程度 | ★★★★☆ |
| 抵抗率・導電率 | たまに出る | ★★★☆☆ |
🎯 学習のポイント
オームの法則と合成抵抗、キルヒホッフの法則は確実に得点源にすべき必須項目です。この3つだけで理論科目の20%近くを占めます!
📖 ステップ1: オームの法則を完全理解する
オームの法則(V=IR)は、直流回路のすべての基礎となる法則です。
この法則を「暗記」ではなく「イメージ」で理解することが、電験三種合格への第一歩です。
⚡ オームの法則とは?
V = I × R
- V = 電圧 [V](ボルト)
- I = 電流 [A](アンペア)
- R = 抵抗 [Ω](オーム)
「電圧」は「電流」と「抵抗」の掛け算で決まります。水路で例えると、水圧 = 水量 × パイプの細さです。
📌 こんな問題が解けるようになる!
💡 例題
抵抗10Ωに5Aの電流が流れているとき、両端の電圧は?
V = I × R = 5 × 10 = 50V
このように、オームの法則を使えば一瞬で解けます!
🔧 ステップ2: 合成抵抗の計算をマスターする
オームの法則の次は、合成抵抗の計算です。
直列・並列・複雑回路の3パターンを理解すれば、ほぼすべての抵抗計算問題が解けるようになります!
📌 合成抵抗の3つのパターン
| 接続方法 | 計算式 | 特徴 |
|---|---|---|
| 直列接続 | R = R₁ + R₂ + R₃ + ... | 抵抗を足すだけ(簡単!) |
| 並列接続 | 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + ... | 逆数の和(ミスしやすい!) |
| 複雑回路 | 直列と並列の組み合わせ | 順番に簡略化していく |
💬 計算のコツ
- 直列は「そのまま足す」
- 並列は「逆数にして足してから、また逆数に戻す」
- 複雑回路は「並列部分を先に計算してから直列に足す」
⚙️ ステップ3: 抵抗率と導電率の違いを理解する
抵抗率ρ(ロー)と導電率σ(シグマ)は、材料の「電気の通しやすさ」を表す指標です。
この2つを混同すると、試験で致命的なミスをします。違いをハッキリ理解しておきましょう!
📌 抵抗率ρ vs 導電率σ
| 項目 | 抵抗率ρ | 導電率σ |
|---|---|---|
| 意味 | 電気の「通しにくさ」 | 電気の「通しやすさ」 |
| 単位 | [Ω·m] | [S/m] |
| 関係 | σ = 1 / ρ(逆数の関係) | |
💬 覚え方のコツ
抵抗率ρが大きい = 電気を通しにくい(絶縁体)
導電率σが大きい = 電気を通しやすい(導体)
🔬 ステップ4: ホイートストンブリッジで未知抵抗を測定する
ホイートストンブリッジは、未知の抵抗値を高精度で測定するための回路です。
試験では2年に1回程度の出題ですが、出たら確実に得点したい重要テーマです。
📌 ホイートストンブリッジの平衡条件
平衡条件(電流が流れない状態):
R₁ × R₃ = R₂ × R₄
この式を使えば、3つの抵抗値から未知の抵抗R₄を計算できます!
💡 計算例
R₁=100Ω、R₂=200Ω、R₃=50Ωのとき、未知抵抗R₄は?
R₄ = (R₂ × R₃) / R₁ = (200 × 50) / 100 = 100Ω
🚀 ステップ5: キルヒホッフの法則で複雑回路を攻略する
キルヒホッフの法則は、直流回路の最終兵器です。
この法則をマスターすれば、どんな複雑な回路も必ず解けるようになります!
📌 キルヒホッフの2つの法則
⚡ 第1法則(電流則)
「節点に流入する電流の総和 = 流出する電流の総和」
つまり、電流は「行って帰ってくる」ので、途中で消えたり増えたりしません。
⚡ 第2法則(電圧則)
「閉回路の電圧降下の総和 = 起電力の総和」
ループを一周すると、上がった電圧と下がった電圧が必ず等しくなります。
🎯 こんな問題が解けるようになる!
✅ 複雑回路の電流・電圧計算
- 電源が複数ある回路
- 枝分かれが複雑な回路
- 抵抗が入り組んでいる回路
これらはすべて、キルヒホッフの法則を使えば解けます!