質問: オームの法則 測定に適した回路を作図せよ 長さl[m],断面積s[m^2]の導体にかかる電圧v[v]と導体を流れる電流i[a]を測定して導体の抵抗r[ω]を調べた。その結果、オームの法則i=v/rが成り立つことが分かった。ここでは、抵抗のミクロな意味を理解しよう。 (1)測定適した回路を作図せよ。 という問題で画像のような答えになるのですがなぜこのような答えになるのか分かりやすく説明をお願いします。
回答: 問題の程度が高く、全体を見なければ理解できない。あるいは全体を見ても私には理解できないかもしれません。 しかし、抵抗値(直流抵抗)を測定する回路は簡単です。供試体に電圧をかけ、そのとき流れる電流を測る方法の他に簡単な方法がないので、誰が考えても(1) の回路または後述の回路になります。 (1) の回路を見ると電池(直流電源)に可変抵抗器が接続されています。この可変抵抗器は抵抗値を測定するのに供試体に流れる電流を電流計の測定範囲に収まるように調節するために入れてあります。電池と可変抵抗器で、可変電圧直流電源を作っていると考えてください。 余計なことですが、「測定に適した回路を作図せよ」というなら、電池と可変抵抗器の組み合わせより、可変電圧直流安定化電源装置のほうが優れていると思います。 さて、電池と可変抵抗器から構成される可変電圧直流電源の出力が、電流計を経由して供試体にかけられます。 供試体の両端には電圧計が接続されています。可変抵抗器を調節して、電流計の指示がi (a) になったとき、電圧計の指示がv (v) なら、供試体の抵抗値は r=v/i (i=v/r) ですが、i には電圧計に流れる電流が含まれますので、場合によっていは補正が必要です。 抵抗値を測定する場合、(1) の回路のように電圧計を供試体にパラに接続する方法と、供試体と電流計を直列に接続し、直列回路の両端に電圧計を接続する方法があります。こちらの場合は、電圧計の読みは供試体の電圧降下と電流計の電圧降下の和になります。 回答では(1) の回路が「適」とされたのは供試体の抵抗が低く、流れる電流が大きいので、それにくらべて電圧計に流れる電流が無視できるからだと思います。