オームの第 2 法則は、電気抵抗器の電気抵抗と、長さ、断面積、組成などの物理的特性との関係です。各要素が電流の流れにどのように抵抗するかを決定する要素は、それぞれの物質固有の電気抵抗率であり、値が小さい場合は導電性であるか、値が大きい場合は絶縁性であるかが決まります。
オームの第 2 法則の応用例は、導電ワイヤの製造です。各ワイヤの組成と厚さによって、各電気システムでの用途が決まります。
オームの第二法則についてのまとめ
オームの第 2 法則は、導体の電気抵抗とその組成および寸法の間の依存関係を確立します。
電気抵抗率は、各物質が電流の流れに抵抗する能力であり、それが導体であるか絶縁体であるかを決定します。
オームの第 2 法則の公式は次のとおりです。
\(R=\frac{ρ\cdot L}A\)
オームの第 2 法則は電気抵抗器の作成に適用され、特定の状況に最適になるようにそのコンポーネントと寸法を分析します。
オームの第一法則は、抵抗を、電気抵抗が接続されている電圧およびそれに流れる電流に関連付けます。一方、オームの第 2 法則は、電気抵抗を電気抵抗体の組成、長さ、面積に関連付けます。
オームの第二法則に関するビデオレッスン
オームの第二法則は何を示していますか?
オームの第 2 法則は、電気抵抗器の電気抵抗がその電気抵抗率に正比例し、横断面積に反比例することを確立します。
電気抵抗率とは何ですか?
電気抵抗率 (記号\(ρ\) 、メートルあたりのオームで測定、 \(Ω\cdot m \) ) は、電流の流れに抵抗する物質の特性です。実際的な言葉で言えば、あたかも電気抵抗率が物質内の一連の小さな障壁であるかのようです。電流がそれらを横切ろうとすると、電流を構成する電子がこれらの障壁と衝突し、その結果、物質の動きの運動エネルギーが発生します。電子は熱エネルギーに変換され、衝撃により熱が発生します。
これが、電流が通過するすべての物質の温度が上昇する理由であり、この現象はジュール効果と呼ばれます。オーム抵抗器は特定の温度変化において一定の抵抗値を示すため、オームの法則が正確な法則ではなく条件である理由は、この加熱にあります。ただし、この変化が大きすぎると、導体が膨張し、その結果、抵抗が増加する危険性があります。
したがって、物質の温度が高くなるほど、流れる電流は少なくなると結論付けることができます。電子機器の場合、加熱されたときに動作を維持するには、損傷のリスクに加えて、ますます多くの電流が流れ、コストもますます増加する必要があります。このため、一部の家電製品は温度が高すぎるとオフになります。
電気抵抗率は、物質が電流の導体であるか絶縁体であるかを決定する要素の 1 つです。抵抗率が大きいほど、流れる電流は少なくなります。したがって、抵抗率が\(10^2\)以上の大きさであれば、その物質は絶縁体になります。大きさのオーダーが\(10^{-3}\)以下の場合、導電性になります。
非常に低い温度でのみ得られる状況は、電気抵抗率が無視できるほど小さい場合です。この状態に超電導体が存在します。いくつかの物質の比抵抗値を次の表に示します。
|
物質 |
電気抵抗率 |
物質の種類 |
|
銀 |
\(1.47\cdot10^{-8}\) |
ドライバ |
|
銅 |
\(1.72\cdot10^{-8}\) |
ドライバ |
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金 |
\(2.44\cdot10^{-8}\) |
ドライバ |
|
マンガニン |
\(44\cdot10^{-8}\) |
ドライバ |
|
ピュアカーボン |
\(3.5\cdot10^{-5}\) |
半導体 |
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ガラス |
\(10^{10}\ a\ 10^{14}\) |
絶縁 |
|
硫黄 |
\(10^{15}\) |
絶縁 |
オームの第二法則公式
電気抵抗 (記号 R、オーム単位で測定、 \(Ω\) ) は、電気抵抗率 (記号\(ρ\) 、メートルあたりのオーム単位で測定、 \(Ω\cdot m \) ) および長さ ( L、抵抗器のメートル単位で測定され、m) であり、横断面積 (記号 A、平方メートル単位で測定、 \(m^2\) ) に反比例します。したがって、オームの第 2 法則の公式は次のようになります。
\(R=\frac{ρ\cdot L}A\)
式から、長さまたは抵抗率が大きいほど電気抵抗が大きくなり、その結果、抵抗器を流れる電流が少なくなることがわかります。逆に面積が大きくなると抵抗が小さくなるため、より多くの電流が流れます。
例1
ワイヤの抵抗率は\(1.5\cdot10^{-4}\ Ω\cdot m \) 、長さは 6 m、横断面積は\(3\cdot10^{-3}\ m^2\ )です。このワイヤーの電気抵抗はいくらですか?
解決
問題のあるデータを抽出します。
\(ρ\) = \(1.5\cdot10^{-4}\Ω\cdot m \)
長さ＝6m
A = \(3\cdot10^{-3}\m^2\)
\(R=\frac{ρ\cdot L}A=\frac{1,5\cdot10^{-4}\cdot6}{3\cdot10^{-3}} =\frac{9\cdot10^{- 4}}{3\cdot10^{-3}}=3\cdot10^{-1}=\frac{3}{10}=0.3\ Ω\)
例 2
長さ L のワイヤの抵抗は 60 です。ある時点で、このワイヤの 2 メートルが切断され、その抵抗は 50 になりました。したがって、このワイヤの初期の長さを計算します。
解決：
長さは電気抵抗に直接比例するため、この問題は 3 の法則を使用して解決できます。
\(L→60\Ω\)
\((L-2)→50\ Ω\)
相互乗算、つまり、 L – 2 と 60 \(Ω\)の間の積をとり、それを L と 50 \(Ω\)の間の積と等しくします。
\(60\cdot L-120=50\cdot L\)
\(60\cdot L-50\cdot L=120\)
\(10\cdot L=120\)
\(L=\frac{120}{10}=12\ m\)
オームの第二法則の応用
オームの第 2 法則は、抵抗器、ワイヤ、または回路の抵抗がその組成または寸法に関連する場合に適用されます。以下の例を参照してください。
電気シャワーを接続する電線は、大電流が流れ、共用配線が溶断（溶ける）してしまうため、共用配線より太くする必要があります。
シャワー、鍋、または電気バーベキューを加熱するために使用される抵抗を構築する場合、厚さ（断面積）、長さ、および組成を計算する必要があります。これらの機器で必要な温度を得るには、これらすべてが考慮されます。
人体の抵抗率が高いため、一般的な状況では、人体は電気絶縁体として機能します。したがって、強い電流が流れると、結果として、例えば重度の火傷が発生する。
オームの第一法則とオームの第二法則の違い
オームの第一法則:回路の電気抵抗と回路を流れる電流は反比例の関係にあります。この法則のもう 1 つの特徴は、特定の温度空間では電気抵抗が一定ですが、電流が増加すると抵抗器が加熱し、電気抵抗が増加することです。
オームの第 2 法則:電気抵抗を、横断面積や長さなど、抵抗器を構成する要素に関連付けます。この法則では、電気抵抗の長さを短くすることで電気抵抗を小さくできるため、電気抵抗は可変になります。