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なぜ、電流計は直列、電圧計は並列につながないといけないのでしょうか?

なぜ、電流計は直列、電圧計は並列につながないといけないのでしょうか?

理由が分かる方教えてください。

投稿日時 - 2010-05-08 15:59:08

QNo.5880433

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質問者が選んだベストアンサー

メーターでの測定には共通したかものがあります。

(1)測定したい物体の量とメーターの量とを一致させる必要があります。普通メーターを何らかの方法で接触させます。どういう接触のさせ方をやれば物体の量とメーターの量は一致するかは物理量によって異なることがあります。温度計であれば温度計を接触させます。接触している二つの物体の温度は平衡に達すれば等しくなっているという性質を使っています。
(2)メーターを取り付けることによって測定したい物体の状態が変わってしまってはいけません。
試験管の中に入っているお湯の中にガラスの温度計を入れてもお湯の温度は分かりません。温度計が冷たければお湯の温度が下がってしまうからです。

温度を測ることができるのは熱が物体から温度計に伝わるからです。でも熱の移動が起こって物体の温度が変化しては困るというのは矛盾した条件です。
どこで妥協するかです。
熱の移動が起こっても目立った温度変化が起こらないという条件を探ることになります。ガラスの温度計は試験管の中のお湯にたいしては使うのに注意が必要ですがビーカーに入ったお湯であればそれほど気にしなくてもかまいません。

「電流計」
電流は電子の流れです。
(1)回路の中を流れる電流とメーターの中を流れる電流の値を一致させるにはどうすればいいでしょうか。一本道にすれば必ず実現しています。これは回路の用語で言えば「直列に接続する」ということです。
(2)回路に直列にメーターを取り付けたことによって電流の値が変化すると困ります。
変わるのは避けられないですから変化が小さければいいと考えます。回路の抵抗に比べてメーターの抵抗が小さければ影響が小さくなります。
電流計は測定可能電流の大きさによって接続端子を切る替えるようになっています。
中を見ると抵抗の大きさが変わっています。

「電圧計」
(1)並列に取り付けると電位差が同じになるという性質を使います。
メーターを並列に取り付けると電流が流れます。その電流でその部分の電位差を知ることができます。
(2)メーターを並列に取り付けたということで電流の通り道が増えるのですから全体として流れる電流も変化してしまいます。変化するのは仕方がないことです。その変化を小さくして実際上差しさわりがないようにすればいいです。元の回路の抵抗に比べてメーターの抵抗を十分に大きくすれば流れる電流が小さくなりますから目的を達することができます。

大きなタンクの中の水位を側面に取り付けた小さなガラス管の中の水位で知ろうというのに似ていますね。

メーターの針が動くのはどちらの場合も電流のは働きを利用しています。
内部に取り付ける抵抗の大きさの違いによって電流計になったり電圧計になったりします。

投稿日時 - 2010-05-09 11:10:12

ANo.4

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回答(4)

ANo.3

486

まず大前提として、電流計や電圧計は元の回路の働きに影響を与えずに電流や電圧を測定できなければ意味がありません。
電流計や電圧計を挿入したからと言って、回路が作動しなくなってはその回路に本来流れるはずの電流や電圧を測ったことになりません。

例えば、

電池(+極)--A--豆電球--B--電池(-極)

というような回路があるとしましょう。

電流は、回路にどれくらいの電子が流れているかということなので、

電流計というのは、内部を通り抜けた電子の数に応じて針が振れるような造りになっています。
例えばAの地点の電流が測りたければ、電池(+極)と豆電球の間に電流計を挿入しなければなりません。

電流計自体が電流を妨げてしまっては本末転倒なので、電流計は電気が非常に流れやすい造りになっています。つまりAの地点に電流計を挿入した場合としていない場合ではほとんど回路に流れる電流に変化はありません。
つまり電流計を挿入しても豆電球は消えませんし、回路の働きには影響を与えません。

仮に電流計の端子をAとBに接続する、すなわち並列に接続した場合は、電気は流れやすい方を流れる性質がありますので豆電球に比べて電流が流れやすい電流計の方に流れてしまい、この回路の豆電球は意味をなさなくなってしまいます。つまり実質

電池(+極)-----電流計-----電池(-極)

という回路になってしまい、もはやこれは元の回路の働きを保ったまま電流を測ったことにはなりません。


電圧は、回路の「ある2点の間」で電流がする仕事の量と思えばいいでしょう。

電池(+極)--A--豆電球--B--電池(-極)

例えば、上の回路において、AとBの間の電圧を測ることは、A-B間でどれだけの仕事がなされるかを測ることになります。

これは直接測ることはできませんが、電気の流れにくさが同じであれば、電圧は電流に比例する(電流がx倍になればA-B間の仕事もx倍になる)という性質を利用し、電気が非常に流れにくい電流計のようなものを電圧計として使います。

例えば、BとCに電圧計の端子を繋ぐと(挿入ではありません)、電気は流れやすい方に多く流れますからほとんどは豆電球に流れますが、無視できるレベルの電流が電圧計にも流れ、針が振れます。
電圧と電流は比例するので、実際は微量の電流を測っているとみれますが、電圧を測ったことになります。

しかし、AとBの間に電圧計を挿入した場合、電圧計は非常に電気が流れにくく造られているので回路の途中に絶縁体を挟むようなもので、回路に電流が流れなくなり回路が意味を成さなくなります。

投稿日時 - 2010-05-08 22:29:02

ANo.2

単1乾電池の電圧は1.5Vですが、電圧は±の差ですから±に並列に電圧計を接続しなければ差を計る事は出来ません。
次に、単1電池に豆電球を接続して豆電球に流れる電流を計りたいなら、乾電池から豆電球の間に電流計を接続する必要があります。
電流計は乾電池の+側か-側のどちらかに直列に接続して豆電球に流れる量を計るのです。
電気は+から-に流れますから矢印(→)をイメージすると電流計を直列に接続する意味が理解出来ると思います。

投稿日時 - 2010-05-08 17:06:16

ANo.1

>なぜ
そのタイプの電流計を並列に入れると「回路を流れる電流を計れない」し
そのタイプの電圧計を直列に入れると「2点間の電圧を計れない」からです。

尚、そのように正しくない接続をすると、
前者は、並列に繋いだ電流計に多大な電流が流れ、最悪電流計が壊れます。
後者は、電圧計が直列に挿入されたことで本来の電流が流れなくなります。
つまり既存の回路に大きな影響を与えます。

投稿日時 - 2010-05-08 16:18:59

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