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2015/08/01

オームの法則の整理

カテゴリ : 外装 > ランプ、レンズ > LED化

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LED電球の設計にあたり、電気の基礎の基礎ともいうべき「オームの法則」について整理しておきます。

オームの法則とは、抵抗R に 電圧V をかけると 電流I が流れる関係を表したもので、式では

V = I R

と、表されます。
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単位としては、電圧はボルト(V)、抵抗はオーム(Ω)、電流はアンペア(A)が使用されます。

V=IR    の式を元に、両辺を R で割れば、

I=V/R   となり電流を求める式になります。

また、両辺を I で割れば、

R=V/I   となり、抵抗値を求める式になります。

100Ωの抵抗に電圧をかけると、電圧と電流の関係は比例(一次関数)となっていることが分かると思います。
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次に抵抗の合成値 Ra を求めてみます。
R2 と R3 が直列につながれています。一本道ですので、どこも流れる電流は I2 です。
電源の電圧V2 とすると、電源から見た抵抗の合成値はV2=I2・Raから

Ra=V2/I2   となります。

一方、各抵抗にかかる電圧は、Vr2=I2・R2、Vr3=I2・R3 となります。

電源電圧 V2=Vr2+Vr3 ですから,

これまでの式をつなぎ合わせると、

V2=I2・Ra=Vr2+Vr3=I2・R2+I2・R3 となります。

I2・Ra=I2・R2+I2・R3=I2(R2+R3) と変形して

さらにI2で割ると、

Ra=R2+R3 となります。
4
抵抗を直列に接続したときには、単に足し算すればよいことがわかります。
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次に並列つなぎの合成抵抗値Raを求めます。
並列つなぎは、電流を元に考えます。
電源から流れる電流をI3とすると、I3は抵抗R4に流れる電流I4と抵抗R5に流れる電流I5の合計になります。式で表すと、

I3=I4+I5   です。

並列の場合、どの抵抗にも同じ電圧V3がかかっているので、

I3=V3/R4+V3/R5 と、なります。通分すると

I3=(V3・R5+V3・R4)/R4・R5=V3(R4+R5)/R4・R5

これをオームの法則で確認すると

V3=I3・Ra となるので

Ra=V3/I3 となり、前の式を代入すると

Ra=R4・R5/(R4+R5) となります。
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きちんと計算するとこうなりますが、

要は10kΩの抵抗2本を並列つなぎにすると抵抗値は半分の5kオームになるよ!
ってことです。

これぐらいの目安ができていれば、計算がしやすいかと思います。

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