抵抗器 の実験

抵抗、CdS、電池、テスター を使って、オームの法則、キルヒホッフの法則、ブリッジ回路を 理解する。

用意するもの
ラグ板、電池、配線コード 数本、抵抗（１本４円）（ 1ｋΩ ３本、１０ｋΩ 1本、１００ｋΩ １本）、可変抵抗（20kΩボリューム 100円）、CdS １本（120円）

テスター（デジタルマルチメータ 9800円）
テスターは、電池で作動している。
Auto power off 機能が付いているが電池の消費節約のために、計測時以外は、なるべく ロータリースイッチを OFF にして下さい。
数分間、スイッチが OFF になっていないと アラーム が鳴る。

テスター （デジタルマルチメータ）の使い方

マイナス（黒）電極は、常に右から２番目のソケットに差込む。

電圧、抵抗値 を測定する場合は、プラス（赤）電極を 右端のソケットに差込む。

ロータリースイッチを、V または Ω に設定する。

電流を測定する場合は、プラス（赤）電極を 右から３番目のソケットに差込む。
ロータリースイッチを mA または μA に設定する。
黄色ボタンは DC AC 切替。この実験では DC に設定する。
電流や電圧の測定値が マイナスの場合にはマイナス記号が表示されるので、見落さないように。

テスターの電極を直接、回路にあてるとその作業で片手がふさがって不便な場合が多いので、ワニぐちクリップの付いた配線ケーブルを利用すると便利。

実験 １ オームの法則
１ (A：アンペア) の電流が流れている所に１ (V：ボルト) の電圧を生じさせる抵抗値を１ (Ω：オーム) と定義する。
R(Ω)の抵抗に I (A)の電流が流れると抵抗に IR (V)の電圧が生じる。
E＝IR（ R＝Ｅ／Ｉ、 Ｉ ＝Ｅ／Ｒ ）電流の流れにくい所は電圧（電流の圧力）が生じる。

抵抗 R

Resistance

抵抗器 （レジスタ） Resistor
電子の流れに抵抗して電流を制限する素子。

可変抵抗器 （ボリューム） VR Variable Resistor
抵抗値をつまみで変化できる抵抗器。
音量調整などに使われている部品。

用意した すべての抵抗器の抵抗値を測定し、記録する。

用いる抵抗器の第４帯色は金色なので、精度は誤差５％。
電池（単三 ２本）の電圧も、３.0 V ではないので正確な電圧を測定し、記録する。

１ｋΩの抵抗器を 2本 ラグ板に差込んで直列接続する。
抵抗の足をラグ板の穴の間隔より広げ気味にして 穴に引っ掛けるようにして差込む。
接触が悪い場合はハンダ付けを行う。

直列接続した合成抵抗値を測定する。
抵抗値は 直列接続で 加算されることを確認して下さい。

直列接続した抵抗に電圧を加える。
それぞれの抵抗に発生する電圧を測定し、記録する。

電圧、抵抗値の測定は、測定したい部位に、並列にテスターの端子をつなぐ。

それぞれの抵抗に流れる電流を測定し、記録する。
電流の測定は、電圧測定より少し面倒で、測定したい部位に、直列にテスターの端子をつなぐ。

それぞれの １ｋΩの抵抗に流れる電流が同じことを確認して下さい。

それぞれの 1ｋΩの抵抗に発生する電圧は、電池の電圧を ほぼ２等分していることを確認して下さい。

若干の差は抵抗の精度誤差から生じていることを計算で確認して下さい。
次に、１ｋΩと１０ｋΩの抵抗を直列接続して、それぞれの抵抗の 電圧と電流を測定してください。
抵抗値が異なっても、電流は同じことを確認して下さい。

電圧の比が １：１０ になることを確認して下さい。

E = I R1 + I R2 = I (R1 + R2)

I = E x 1/(R1+R2)

抵抗 R1 に発生する電圧は I R1 = E x R1/(R1+R2)

抵抗 R2 に発生する電圧は I R2 = E x R2/(R1+R2)
直列接続は、抵抗比で 電圧 E を分配する。

２０ｋΩの可変抵抗（VR）の中央と端の端子間の抵抗値が、つまみを回すと変化することを確認。
電池と VR両端の端子を並列接続する。
つまみを回すと 抵抗比による電圧の分配でVR端子間の電圧が変化することを確認する。
音量調節などが VR でできることを理解して下さい。

実験 2コンダクタンス

分流の法則

１ｋΩの抵抗を ２本 および ３本 並列に接続して合成抵抗値を測定する。計算で導かれる値と比較する。

抵抗は 並列にすると 抵抗値が下がることを確認して下さい。

伝導度 （導電度） G

コンダクタンス

conductance 【名】 〔電気〕 コンダクタンス、電気伝導度
電気抵抗 R （レジスタンス）の逆数。
電流の流れやすさを示す。
レジスタンス R の単位 オーム（Ω）
コンダクタンス G の単位 ジーメンス （S）
オームの法則 E = IR → E = I / G、G=1/R
I=EG（ 電流 ＝ 電圧 x 電流の流れやすさ ）コンダクタンスを使うと、抵抗器の並列回路の計算に便利。

抵抗回路の計算法（ 直列 ＝ 流れにくさの和、 並列 ＝ 流れやすさの和 ）１ｋΩの抵抗を２本直列接続したCD間の抵抗は、AB間より大きい。電流の流れにくい場所を連続して電流が通らなければいけないので、CD間の抵抗は、１ｋ + １ｋ（Ω）

１ｋΩの抵抗Rを2本並列接続したEF間の抵抗は、AB間より小さい。電流の流れやすさが 1/1ｋ (S) の回路を２本通るので流れやすさは２倍になる。
EF間のコンダクタンスは、1/1ｋ + 1/1ｋ = 2/1ｋ (S)
抵抗（レジスタンス）は、1ｋ/2 = 500（Ω）

１ｋΩの抵抗を ２本並列接続した合成抵抗に流れる電流を測定して下さい。 電流計を回路内に直列につなぐ。
計算で求められる値と比較し、確認して下さい。

次に、各抵抗に流れる電流を測定してください。
それぞれの電流の和が、合成抵抗の電流値に等しくなることを確認して下さい。
同じ抵抗値の場合、電流を半分ずつ通していることを確認し理解して下さい。

次に、１ｋΩと１０ｋΩの抵抗を並列接続して、合成抵抗の抵抗値と電流を測定して下さい。

さらに、それぞれの抵抗の電流を測定し、電流の比が １０：１ になることを確認して下さい。

分流の法則
並列抵抗の電流比は、電流の流れやすさの比 （コンダクタンスの比） になる。

この問題は、分流の法則を理解していれば解ける。
解答を求めて下さい。

実験 ３

キルヒホッフの法則

電気回路の中では、どの点でも電流の入出力和は 0 である。

（ = 電流は、自然に涌いたり消えたりしない。）
電気回路の中では、どの閉回路でも電圧の和は 0 である。

（ = 電圧は、自然に涌いたり消えたりしない。）
当たり前の法則だが、複雑な回路計算に便利。

実際に回路を作ってこの問題の答えを求める。

（電池の電圧 3.2 V の値は各自の電池電圧値に置き換えて下さい。）

各抵抗に発生する電圧を測定して、キルヒホッフの法則から算出される値と比較する。

実験 ４

ホイートストン ブリッジ 回路

回路図に示す ホイートストン ブリッジ回路を作る。
電流計は テスター（目盛りは ｍA）を使用する。

電流計の値を見ながら、可変抵抗器（VR）のつまみを回す。
電流がマイナスの値も示すことを確認し、理解して下さい。

電流が 0 アンペア を示すように調整する。
つまみを動かさないように VR を回路から外し、抵抗値を測定し、記録する。

計算式と比較する。

実験 ５

CdSを利用したホイートストン ブリッジ 回路

CdS の 抵抗値が光の強さで変化することを確認する。
5cm刻みで CdS と 電灯 の距離を変化させ、抵抗値を記録する。

測定値を Excel でグラフ表示して下さい。

CdＳ素子 の 光導電効果( コウドウデンコウカ : photoconductive effect )CdS, CdSe などに光をあてたときに生じる電気伝導度（コンダクタンス） の変化。
光センサ。光伝導（導電）セル。硫化カドミウム CdＳ を使った抵抗で、光が当たると、抵抗値が小さくなる。

CdSを使った ホイートストン ブリッジ回路を作る。

CdSと電灯の距離を変化させると、電流計が ０ アンペア を示す VR のつまみ角度が変化することを確認して下さい。

最も明るく照らした場合と、CdS表面を暗くした場合（室内の明るさにした場合）の、0 アンペア を指す VR の抵抗値を記録する。
この回路が、明度計になっていることを理解して下さい。