電磁気学
直流回路におけるオームの法則
直流回路モデルの電源とオーム抵抗について、関係式 I = U/R を調べます。 電圧と抵抗を変えたときの電流を測定し、次の式を確かめます： .
⚠ 図の回路は仮想です。実回路を配線する際は低電圧を使い、配線前に電源を切ってください。
器具
- 仮想電源、抵抗、導線、電流計
- U・R のスライダー、I–U グラフ
手順
U と R を変えて電流を測る
R を固定し、スライダーで電圧 U を上げます。電流計の I と I–U グラフ上の点を読みます。次に U を一定に保って R を増やし、I が減ることを観察します。読み値を I = U/R と比べます。電子は慣用電流と逆向きに移動します。 観測した量を次の関係式と比較します： .
電流の関係を確かめる
R を一定に保って電圧 U を二段階に設定し、電流計を読み、組を記録します。各点が を満たすか確認します。理想抵抗の特性は原点を通る直線です。
抵抗の影響を比較する
U を一定に保ち、R を数段階で増やして I を記録し、U/R と比べます。グラフと読み値から抵抗増加時の電流変化を述べ、このモデルがオーム抵抗を仮定することを確認します。 観測した量を次の関係式と比較します： .
シミュレーション
実験の歴史
ゲオルク・ジーモン・オームは、電流が電圧や導体の性質にどう依存するかを研究したドイツの物理学者です。1827年、異なる電源と導線で電流を測定した実験結果を著書『数学的に取り扱ったガルバニ電流回路』で発表しました。当時の電池では安定した電流を得にくく、彼の研究は当初あまり評価されませんでした。
オームは、条件を定めた導体について電位差と電流の線形関係を示し、現在は通常 U = IR と書かれます。抵抗 R は材料、寸法、温度に依存するため、あらゆる素子に普遍的に適用できる法則ではありません。抵抗の単位オームは、定量的な電気学への彼の貢献を記念しています。後に彼の実験的な結果は受け入れられ、電気回路を計算する基礎として教育や工学に広く使われるようになりました。金属線の長さや太さ、温度を変えると抵抗が変わるため、比例関係を検証するときには他の条件を一定に保つことが重要です。
電池と測定器が改良されるにつれ、オームの定量的手法は評価され、彼の名を冠した法則は回路解析の基礎になりました。直線関係は温度などがほぼ一定のオーム導体に限られます。白熱電球のフィラメントや半導体素子は直線から外れることがあり、適用範囲と測定値の両方を記録することが重要です。