電磁気学
直列回路と並列回路
抵抗2個の直列・並列回路で電流と電圧を測定します。、 とキルヒホッフの法則を確かめます。
⚠ 実回路では低電圧電源のみを使い、電圧計は並列・電流計は直列に接続してください。電流計の誤接続は短絡を起こします。
器具
- 抵抗2個の回路モデルと「並列へ切替」ボタン
- 電源電圧・抵抗R₁・R₂のスライダー
- 仮想電流計・電圧計と各枝の読み値
手順
直列回路を調べる
U = 9 V、R₁ = 3 Ω、R₂ = 6 Ω に設定します。各抵抗の電流は等しく A。各抵抗の電圧は V、 V で和は9 V（キルヒホッフのルール則）です。
並列へ切り替える
「並列へ切替」を押し、U・R₁・R₂ を保ちます。両枝に同じ9 Vがかかり、枝電流は A、 A。合計 A（キルヒホッフの節点則）。合成抵抗 Ω は と一致します。
電力と明るさを比較する
図2で枝中の電荷担体の流れを見て「密度」——電流のイメージ——を比べます。各構成で を計算すると、 のため並列は直列よりはるかに大きな電力を消費します。家庭の照明が並列配線な理由です。
任意値で予測する
任意の U・R₁・R₂ を選び、 と を先に計算し、モードを切り替えて確認します。並列で R₂ → 1 Ω を試すとその枝が電流を「支配」します。並列では小抵抗、直列では大抵抗が全体を支配します。
シミュレーション
実験の歴史
抵抗合成の規則は、グスタフ・キルヒホッフが21歳で1845年に分岐回路の論文で述べた二つの法則の直接の帰結です。オームの法則公表からわずか18年、まだ論争中の時期でした。キルヒホッフは電子工学以前に一般回路解析の基礎を築きました。
最初の壮観な応用は1850–60年代の大西洋横断電信で、キルヒホッフとトムソン（ケルヴィン卿）が海底ケーブルの電流を解析しました。今日、節点・ルール則は携帯の基板から国家送電網まであらゆる回路解析の言語であり、電荷とエネルギー保存の教科書的例です。