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直流回路の基本法則md 05889e7
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直流回路ちょくりゅうかいろ基本法則きほんほうそく

date2026-07-14document_iddoc_8f82db3bd5421eb450ee7813a759a12cdescription直流回路を電荷保存とエネルギー保存から読み、キルヒホッフの法則、抵抗の直列・並列合成、分圧・分流を証明する講義である。prerequisites電流と回路 / 電場と電位type講義statusactiverelateddata/lecture/physics/electromagnetism/electric-current-and-circuits.lecture.n.md / data/lecture/physics/electromagnetism/capacitors.lecture.n.md
physicselectromagnetismdc-circuitlecture

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、直流回路ちょくりゅうかいろ公式こうしきわせではなく、電荷保存でんかほぞんとエネルギー保存ほぞんとして解説かいせつする。

分岐点ぶんきてん電荷でんかえたりまれたりしないため、はい電流でんりゅう電流でんりゅうひとしい。また、じた経路けいろを 1 しゅうしてもとてんもどると電位でんいもともどるため、電位差でんいさは 0 になる。

2用語ようご定義ていぎ

節点せってんnodeとは、導線どうせん分岐ぶんきするてんである。

閉路へいろloopとは、回路かいろなか一周いっしゅうしてもとてんもど経路けいろである。

3法則ほうそく 1:キルヒホッフの電流法則でんりゅうほうそく

節点せってんでは、流入りゅうにゅうする電流でんりゅう流出りゅうしゅつする電流でんりゅうひとしい。

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Iin=Iout

3.1証明しょうめい

節点せってん電荷でんか蓄積ちくせきしない定常状態ていじょうじょうたいかんがえる。みじか時間じかん dtあいだ節点せってんはい電荷量でんかりょう

(Iin)dt

であり、電荷量でんかりょう

(Iout)dt

である。節点せってん電荷でんか増減ぞうげんしないので、この 2 つはひとしい。dt>0って

Iin=Iout

る。

4法則ほうそく 2:キルヒホッフの電圧法則でんあつほうそく

閉路へいろを 1 しゅうすると、電位差でんいさ符号付ふごうつは 0 である。

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]ΔV=0

4.1証明しょうめい

電位でんいてん対応たいおうする状態量じょうたいりょうである。閉路へいろを 1 しゅうすると、出発点しゅっぱつてん到着点とうちゃくてんおなじである。したがって電位でんい全変化ぜんへんか

Vfinal-Vinitial=0

である。途中とちゅう電位差でんいさわせたものが全変化ぜんへんかなので、

ΔV=0

である。

5整理せいり 3:抵抗ていこう直列合成ちょくれつごうせい並列合成へいれつごうせい

抵抗ていこう直列接続ちょくれつせつぞくでは、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]R=R1+R2+

である。並列接続へいれつせつぞくでは、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]1R=1R1+1R2+

である。

5.1証明しょうめい

直列接続ちょくれつせつぞくでは、すべての抵抗ていこうおな電流でんりゅう Iながれる。全電圧ぜんでんあつ

V=V1+V2+=IR1+IR2+

である。したがって

V=I(R1+R2+)

なので、合成抵抗ごうせいていこうR=R1+R2+ である。

並列接続へいれつせつぞくでは、すべての抵抗ていこうおな電圧でんあつ V がかかる。全電流ぜんでんりゅう

I=I1+I2+=VR1+VR2+

である。したがって

I=V(1R1+1R2+)

である。I=V/Rくらべて、

1R=1R1+1R2+

る。

6関係式かんけいしき 4:分圧ぶんあつ分流ぶんりゅう

2 つの抵抗ていこう R1,R2直列ちょくれつなら、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]V1=R1R1+R2V,V2=R2R1+R2V

である。2 つの抵抗ていこう R1,R2並列へいれつなら、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]I1=R2R1+R2I,I2=R1R1+R2I

である。

6.1証明しょうめい

直列ちょくれつでは電流でんりゅう I共通きょうつうであり、

V=I(R1+R2)

である。したがって

I=VR1+R2

である。かく抵抗ていこう電圧でんあつV1=IR1V2=IR2 なので、

V1=R1R1+R2V,V2=R2R1+R2V

る。

並列へいれつでは電圧でんあつ V共通きょうつうであり、

I=VR1+VR2=VR1+R2R1R2

である。したがって

V=IR1R2R1+R2

である。かくえだ電流でんりゅうI1=V/R1I2=V/R2 なので、

I1=R2R1+R2I,I2=R1R1+R2I

る。

7見分みわかた

  • 分岐点ぶんきてんでは電流法則でんりゅうほうそく
  • 閉路へいろでは電圧法則でんあつほうそく
  • 直列ちょくれつでは電流でんりゅうおなじ。
  • 並列へいれつでは電圧でんあつおなじ。

8どこまで成立せいりつするか

ここでは時間じかんとともに電流でんりゅうわらない直流ちょくりゅう定常状態ていじょうじょうたいあつかった。交流こうりゅう過渡現象かとげんしょうでは、コンデンサーやコイルに電荷でんか磁場じばのエネルギーがたくわえられるため、時間変化じかんへんかふくめる必要ひつようがある。

9最終形さいしゅうけい

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Iin=Iout
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]ΔV=0
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Rseries=iRi,1Rparallel=i1Ri

10一言ひとこと

直流回路ちょくりゅうかいろは、節点せってんでの電荷保存でんかほぞんと、閉路へいろでのエネルギー保存ほぞんである。

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