電流と電圧と電気抵抗の関係

103 電流電圧との関係

下記の制御スライダーをドラッグして電気抵抗と電池の特性の違いをみてみましょう。

制御と結果
理想の電気抵抗::理想の電池(非直線)
電流 -I / A 0
電圧 V / V 0
電気抵抗 R / Ω 0
電気抵抗
電気抵抗のみ

理想的な電気抵抗では電流と電圧は比例しますが、理想的な電池ではどれだけ電流を取り出しても電圧は一定。 電圧があるのに内部抵抗が0ということになります。 このような特性は電流と電圧が比例しない非直線関係にあることを示します。

電気抵抗は電流変化に対する電圧変化の割合です。グラフの接線の傾きです。直線抵抗の場合は、割り算でいいのですが、 非直線抵抗の場合は、微分係数になります。しかも、電流あるいは電圧の関数になります。

回路計で測れる物理量
物理量 単位 備考
電圧 V V 乾電池の開回路電圧は1.65V。 乾電池の公称電圧は1.5V。 水の理論分解電圧は1.23V。
電流 I A 豆電球の電流は 0.5A。 ぽちっと光ったLEDの電流は1mA。
時間 t s
電気量 Q C Q = I t
電気抵抗 R Ω R = V I , V = R I
静電容量 C F C = Q V , V = 1 C I t
インダクタンス L H L = V I t , V = L I t
立花和宏、仁科辰夫. 電気と化学―電池と豆電球のつなぎ方と電流・電圧の測り方― . 山形大学, エネルギー化学 講義ノート, 2017.
数式

電気抵抗があるということは発熱による損失があるということ。 グラフの囲まれた面積は、単位時間あたりに熱として損失するエネルギーになります。

電気抵抗のボルタモグラム
エネルギーと生活-動力と電力-
100 電気量と電圧との関係
電池とエネルギー
Fig 電池の内部抵抗と過電圧
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電池の内部抵抗と過電圧 電池のインピーダンスと材料物性
197
電池の充放電曲線
©K.Tachibana
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