電流と抵抗�D（電池の内部抵抗と電流計・電圧計）

１．導入

正解：問題�@は３の0.7[V]くらい。問題�Aは２の3[A]くらいです。

これは単純な問題ではなく，いろいろな問題を含んでいます。終わりにもう一度解説します。

２．電池の内部抵抗

電池のもともとの威力（誤解を生むかな）を「起電力」Eといいます。 しかし，実際に回路をつないで電流を流すと起電力よりも電圧は低くなります。 これを「端子電圧」Vといいます。 これは電池の内部に存在する「内部抵抗」rがあるためで， 端子電圧Vは内部抵抗での電圧降下rIの分だけ起電力Eよりも小さくなります。

電池が古くなるとどうなるか？→基本的には起電力が低下し，内部抵抗が増加します。

電池の内部抵抗と起電力の関係

電池が古くなる原因は，電解質などの濃度が低下し，分極も起こってくることと考えられますが， 何が起電力の低下で何が内部抵抗の増加かは勉強中です。
でも実際には起電力の低下はかなり後からで，まずは内部抵抗が増加します。 そのため「導入　問題�@」のように電圧計をつなぐと変化がなく（当然もっと古くなれば起電力自体下がるとは思いますが）， 「あれっ？まだこの電池使えるか？」と勘違いしそうになります。 電池が古いかどうかを判断するには電流を流してあげなければなりません （つまり使う装置に入れて動くかどうかが判断材料か？）。

３．電圧計と電流計

前回検流計というのが出てきましたが，検流計・電流計・電圧計すべて同じ原理でできています。 2学期に学習する電磁誘導を使います。細かくは説明しませんが，電流が流れると電流計のコイルに磁場が発生して， もともと電流計の中にある磁石と反応して針が振れるというわけです。
そして，検流計は感度が非常によいのですが，

と考えるのがわかりやすい。

電圧計と電流計のっどちらが大きな内部抵抗をもつかは考えればわかります。 電球を流れる電流と電球にかかる電圧を測定したいとき， 電流計は電球に直列に，電圧計は電球に並列に接続します。 電流計が大きな抵抗であれば電球を流れる電流は小さくなり，光らなくなってしまう！ それでは意味がないですよね。逆に電圧計が小さな抵抗であれば， 電圧計ばかりに電流が流れ同様に電球には電流が流れず，光らなくなってしまう！
しかし，いずれにせよ「測定はその現象に少なからず影響を与えてしまう」ことは覚えておきましょう。

電流計や電圧計はプラス端子は１つですが， マイナス端子は測定によって500mA，1A，５Aなどと変えていきます。 これはどのような仕組みになっているのでしょうか？
→内部抵抗を変えてあげればよい！
次のプリントのように，

その大きさはキルヒホッフの法則から導けます。

４．導入問題の解説

問題�@：電圧計は大きな抵抗（10kΩくらい）を持っているので，回路の電流はかなり小さくなります。 そのため電池の内部抵抗により電圧降下はほとんどない。つまり起電力を測定しているのとほぼ同じ。 電池の起電力はあまり落ちないのでもとの電池と同じ値になります。

問題�A：中学校では壊れるからやってはいけないと言われた回路ですのが， 実際には電池の内部抵抗と電流計の内部抵抗（1Aで0.04Ωくらい）があるので， めちゃくちゃに大きな電流が流れるわけではありません。3[A]としたのは実験結果です。 しかし実際にはやらないでください。電池の内部抵抗も電池によってかわります。 ニッカド電池などは比較的内部抵抗が小さいので大量放電しやすいです。

次回はコンデンサーが入った回路を学習します。

授業を終えて。。。
実験を見せなければならない。反省。

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