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電気生理学・直流回路

キルヒホッフの電流則・電圧則

節において、電流の流入と流出は等しく、理想的な回路の閉ループにおいて、電圧の変化の合計は0です。

関連する実験:キルヒホッフの法則 →
キルヒホッフの法則
キルヒホッフの法則の実験画面 →

概念と仕組み

電流の法則は、電荷が接触点において連続的に蓄積されないという事実に基づいた保存則です。これは、流入電流と流出電流を加え、その符号に注意して行われます。

ポテンシャルの法則は、同じ点に戻る経路に沿ったポテンシャルの変化は打ち消されるという。これは、電源を通過する際のポテンシャルの増加と、抵抗によるポテンシャルの減少を区別する。

関係式と成立条件

ΣI=0となる節と、閉じたループにおけるΣV=0を、オームの法則とともに解く。選んだ電流の方向とは反対の方向へ実際の電流が流れる場合、結果は負になる。

このモデルは、 lumped された回路要素を仮定しています。ループの磁束変化が起きた場合、静電勢位の差のみを単純に足し合わせるのではなく、誘導される起電力(EMF)を含めてください。

仮想実験で読み取る変化

分岐点の電流の代数和と、閉路の電圧の代数和は0です。

理想直流電源2つと抵抗3つの固定回路です。導線抵抗と計器の負荷は省略しています。探針位置はボタンで選択します。 実際の電源やコンセントでは再現せず、画面上で実験しましょう。

重要な関係式と記号

I₁ + I₂ − I₃ = 0 · E₁ − I₁R₁ − I₃R₃ = 0

式で使う記号と単位
記号意味単位
ΣI接点電流の符号付きの和A
ΣV閉回路の電圧変化の符号付きの和V

例で確かめる

測定値がI₁=5 mA、I₂=−4 mAのとき、分岐点から出るI₃はいくら?

1 mA

よくある誤解

  • 計算された電流が負の値であることは、必ずしも誤りではありません。単に、基準の方向とは逆の方向にある可能性があります。

この概念を実験で確かめる

参考資料

OpenStax · University Physics Volume 2(英語)