電池の直列並列 なぜ並列しても1個分？（訂正）

質問

お助け下さい。小学４年生の息子が理科(中学受験塾)で【電気】を学習しております。
解答するには問題はないのですが(覚えればできるので)、
なぜそうなるのか理解できない。親もわからない(親も丸覚えだったので)ので困っております。

直列・並列には　電源(電池)か抵抗(電球)かで異なると思いますが、
良く説明で使われている　【水】の解説を読んでもさっぱり理解できないのです。

…導線が最後の…に繋がって回路になっているとしてください。
ー導線
💡電球
|❚（＋ー　の電池）
とした場合

　…ー💡ー|❚ー…　　←これを〔1〕の電流が流れる　とすると

※１）…ー💡ー|❚ー|❚ー…　←電池を直列に２個にすると　〔２〕の電流。

※２）…ー💡ー|❚ー|❚ー|❚…　←電池を直列３個なら　〔３〕電流。

これは、

◇「水を持ち上げる装置（ポンプ）」が、「電池」 ◇「水を持ち上げる力（＝高さ ※）」が、「電圧」。このようにイメージすると理解しやすいのです。
（※「水が３ｃｍ のところまで上がった」のと 「水が７ｃｍ のところまで上がった」のとでは、７ｃｍ のところまで上げるほうが力が必要になりますね。「より高さがある＝電圧が大きい」　とイメージできるでしょう。なぜ“高さ”が電圧になるかというと、より高いところから流せば、流れる勢いが強くなるからです！）http://www.all5.jp/subject/146.html

電流と電圧の違い　回路を流れている電気の流れのことを電流と言いました。一方で、回路に電流を流そうとする力のことを電圧と言います。
わかりやすく言うなら、消防車のホースから出てくる水をイメージしてください。ホースから出てくる水の量、これが電流です。では水の量を調節しているのはどこか、それは蛇口ですね。蛇口をあければ水は大量に出てきますし、蛇口をしめれば水の量は減ります。水がどれだけ排出されるのかをコントロールする蛇口の強さ、これが電圧にあたります。蛇口をあけた状態が電圧が大きい、蛇口をしめた状態が電圧が小さいと考えると、電圧が大きければ大きいほど、電流も大きくなります。 http://www.all5.jp/subject/146.html

等々の説明を読んで…（水を使った解説はたくさんありました。）
電源の直列に関しましては、
『はい。3つ分のパワーだから　電流(水量)も３倍ということね…。』
と分かったつもりになりました。

しかし
(1)…ー💡ー💡ー|❚ー…　　←電球を２個【直列】にすると　電球1個に対して電流は１/２になる。

(2)…ー|ー💡ー|ー|❚ー…　　←電球を２個【並列】にしても　電球1個には〔１〕の電　　　
　　　 |－💡ー|
流が流れる。
|
|　は、つながっているとお考えください <(_ _)>.

(3)…ー💡ーー|ー|❚ー|ー…　←電池2個を【並列】にしても　電球一個には〔１〕の電
　　　　　　 |ー|❚ー|　　　　　
流が流れる。
各々の電池からは１/２の電流しか流れないから！

という説明が全く理解できないのです。

(1)　水量〔１〕だったのが各電球に１/２づつ流れるって　意味わからない！！！
(2)　水量〔１〕しかないのに　枝わかれしたとたんに倍の水量になる？？？
(3)　もともと一個の乾電池から≪〔１〕の電流が流れる≫　としているのに、
なぜ並列すると１/２づつになるの？？

ホース部分が一本なので一本のホースには〔１〕の電流が流れる。
だから電池２個が分担して１/２づつ流れている。
という説明が多いのですが、
その説明ですと
※１）や　※２）も導線は１本ですから、そもそも　電池を数個直列させても〔１〕の電流しか流れないという説明になってしまうのでは…と…。

どこを勘違いしているのか
どこが分からないから理解できないのかさえもわからないで困っております。

因みに…オームの法則は　字面だけはわかるので「計算しろ」(中学理科)　と言われたらできるのですが…、丸覚えで式に入れるだけで全く理解できておりません。

なぜ電源を直列すると電流は倍・３倍になり
(明るさは単純な比例ではない。ということですのでこういう表現をしました。)　
電源を並列しても〔１〕の電流を　並列した電源が分担しあうのか…が全イメージすらわからないのです。

息子も小学生の理科ですので、
「そういう事になっている。」と言われれば「はい。覚えます。」という感じで、
　『電流の大きさは　直豆・直乾』＝『電流の大きさは、豆電球の数で直列つなぎの乾電池の数を割る』と単純に考えて〔明るさ〕を答えてほぼ満点は取れます。（「そうなっている」と覚えて明るさを出すだけですから…）
な
でも、すごく気持ち悪いのだそうです。（テストで満点でも電流が全くわかっていない感じできもちわるい。わかってないのに計算できても意味ない…。と…。）

「太陽は東から上り西に沈みます。そうなっています。覚えてください。」って言われても気持ち悪い。
ちゃんと天体がわかったら　「そうか～。」ってちゃんとわかるんだから、きっと〔電気〕も、僕がわかる理由があるはず。
それが知りたいと申しております。

たくさんサイトを読んだのですが(親の私が日本語としてなんとか理解できたものだけですが…苦笑)読めば読むほど　訳が分からないというのか…

電圧は滝と考えて…高さがあると…落ちる勢いが増す。はい。？？？　勢いと水量は同じ意味？
電源の並列つなぎを２本の滝にたとえ、１本の川に合流している。と説明していた方がいたけれど…　同じパワー〔１〕の滝が２本あるだけだから合流しても同じ〔１〕のパワーにしかならない…と書いてあるけれど…
何故？？？？…同じ幅(普通なら同じ水量の流れる)川１本に滝２本から流れる水が合流したら水量は増えるのでは？　雨で川(滝)の水量が増量したら、合流した川の水量も増ええると思うのだけど…

などなど…

わけがわからず　同じ事を堂々巡りしております。

理科系素養のまったくない母親でございます。

理科的素養がおありで、おバカ母にもわかりやすくご説明頂けます方！！
何卒よろしくお願いいたします　<(_ _)><(_ _)><(_ _)><(_ _)><(_ _)>。

回答No.11

noname#212313 · ベストアンサー

#3です。

　電気は見えないので、水で喩えるのはいいやり方だとは思うのですが、無理も生じます。電池と豆球の回路なら電流は電池から出て電池に戻りますが、水だと一方通行の流れにするしかありません。水の圧力（水圧）も目に見えるものではないですね。先の説明、喩えには、そのような無理があります。

　実際のダム（あるいは模型）だと、どうしても水の勢い・速度、つまり運動エネルギーで考えてしまいます。よく目にするのは、盛大な勢いで吹き出る水だったりしますしね。ところが、水の速度というのが、電気回路では非常に考えにくいのです。電流とは言いますが、実際には電子の動きになります。電流の電子の動きって、1秒にせいぜい数ミリです。メチャクチャに遅い。

　もし水流でイメージしようとするなら、パイプから噴き出た水を水車の下側に当て、水車が回り、水車に当たった後の水は勢いを失って真下に落ちていく、みたいに考える必要があります。しかし、それでは直列のモデルが作りにくいですね。

　そこで、一度、電気回路だけで考えてみたいと思います。豆球の直接接続による電圧についてです。豆球と電池の回路では、回路での電圧の変化は、添付した図のようになります。

　豆球1個の場合ですと、豆球1個で電源の電池の電圧を全て使い切ります。豆球（抵抗）のところで、+1.5Vで入ってきたのが、出て行くときには0Vになります。これは豆球（抵抗）のところで、電池と逆向きに+1.5Vを生じていると考えて、逆起電力と呼んでいます（※逆・起電・力で、電力ではなく、電圧）。

　電池が普通の起電力があって、回路では豆球が電池と同じ電圧の逆起電力を生じ、電圧がバランスしていると見るわけです。

　ですので、豆球を2個直列につなげば、豆球2個で電池と同じだけの逆起電力が生じるわけですから、豆球1個では電池の半分の逆起電力になります。電圧が半分であるわけで、だから電流も半分になることになります。

　こういう状況を水で喩えようとしていますので、どうしても齟齬、違和感が生じてしまいます。お子さんに、いきなり「逆起電力が」と説明しても分かってもらえないはずですので（相当に電気慣れしていないと、実感がわかないのが普通）、まずは質問者様に、私のほうで何をしようとしているかをお伝えするため、この回答を書きました。

　状況をお知らせ頂けましたら、またなんとか説明を工夫致したいと思います。補足欄などで仰せつけくだされば幸いに存じます。

お礼

お世話になりますm(_ _)m。

『豆球1個で電源の電池の電圧を全て使い切ります。豆球（抵抗）のところで、+1.5Vで入ってきたのが、出て行くときには0Vになります。』

の所で既に？？？になっております。
「０Vなのに…？圧力０なのに…？圧がないのに電流は－極に帰っていくと言う事？？？」

？？検流計で電池の＋の先の部分とーの先の部分を計ると〔３V〕なのですよね…。
？？…電圧を使い切って〔０V〕になっているから、その差が〔３V〕？ある部分からある部分の電圧の差がVという事なのでしょうか…。
？？…圧力を使い切って０Vの状態で－極に電子が戻ってくる？
というのが理解できておりません。

私の頭の中では
【３Vの電池】がつなげてある　とすると
電池から３Vの力で電気(電子？)が出されて…途中の抵抗を通って…（通りにくいなぁ…という部分が発熱していたり発光していたりする）
それでも電池側から３Vの力で押されるので、仕方ないなぁ…という感じでマイナス極に戻ってくる。
電池の中ので化学反応をし切ったら電子送り出せないので、電池切れとなる。
こんな理解なので、常に頭の中では電池が３Vなら、(電池切れに近くなるまで)ずっと３Vの力で押されている感じなのです。

加えまして、
ではー極に戻るときには
回路中にある抵抗ですべての電圧を使い果たして０vとなる。
と理解できたとしましても…

直列電球２個が０.75Vづつ均等にVを分けているのは、
１個だけの時３v使っていたのが、「はい。もう一個電池を直列につなぎますよ～。」
と繋げられたら、1個目の電球が(自分のところで)半分の0.75Ｖ分しか使用しない…。
生き物でもないのに？？？　
電池がどこで２個直列されているのを判断しているのか…？

気持ち悪い…というのか…
全く理解できないのです…。
どこがどう間違って頭にはいっているのか…
どういう知識がないから理解できないのか…
それさえ分からず頭の中がカオス状態でございます(泣)。

小学生・中学生レベルの電気の知識が〔全くない〕からであろう事は明らかなのですが…どこから・何を理解すれば良いのかの時点でつまづいているようです。申訳ありません。

※【逆起電力】を検索しましたら、何やら私には理解できそうにないサイトばかり…(困)。唯一簡単そうに書いてあったサイトにはフレミングの右手・左手双方の法則の解説があり、「あ。中学生理科で丸暗記したような…」と、今四苦八苦しながら咀嚼を試みております。

回答No.2

tzd78886

ごく簡単に説明すると、

電池を並列にすると容量が大きくなる。つまり寿命は延びるが、一度にかけられる電圧は同じなので明るさは変わらない。

こう考えればいいのではないでしょうか。

小学校レベルでは教えませんが、これらの図は厳密には電位差を意味し、電池とは違います。電池は内部抵抗があり、時間とともに電圧が変化したりしますが、これらの図で書いた時にはこういったものはないものと考えます。ですから二点間の電位差を二つも書くということ自体あり得ないのです。文章にすると、「この二点間の電位差は1.5Vです」「この二点間の電位差は1.5Vです」と重ねて書いているのと同じことになるからです。

なお、電池を並列にすると電池同士をショートしたのと同じになり、破裂したりする危険がありますから実際にやってはいけません。理論上電池は内部抵抗が無いことになっていますので、計算上は無限大の電流が流れることになります。

回答No.1

86tarou

どこが訂正されたのか分かりませんが… ＾＾；

滝の高さは電池の数となりますが、幅は無限大にまで広がると考えてください（水路以外には流れないという前提ですが…）。流量を決めるのは電流である水路の幅です。これは電球によって決まります。
同じ滝の高さであれば、水路の幅の大きい方が多く流れます。同じ水路の幅であれば、滝の高さの高い方が多く流れると考えてください。

補足

そうなんです…。
電池の並列の説明で
電池２本を並列つなぎ＋電池１個　の場合、
…ー💡ーー|ー|❚ー|ー…
　　　　 |ー|❚ー|　　
≪滝(電池)が２本あり、その分川幅も２倍に広がる。≫と考えるとよい。
という解説を読み、

滝(１の電圧)が２本並んであり、その滝が１本の川に合流すると考えるのだけど、川幅も２倍になっている。
そこに水車(抵抗)１個がある。
と考える。

滝が一本で川幅も元のままの時(電池１個＋電球１個)
・・・ー💡ー|❚ー・・・と同じ。
水車を通る〔単位時間当たりの水量〕は変わらないので、水車(抵抗)を流れる電流は１。

【電球１個＋電池２個直列】なら
・・・ー💡ー|❚ー|❚ー・・・

滝の高さが２倍になって、もともとの川幅(１)を２倍の水量が落ちてくるので電流は２倍。（だから水車を通る単位時間当たりの水量は２倍)。

の様に納得してしようと図を描いておりました。

【電池３つが直列＋電球１個】　の場合は
滝から流れてくる水量も３倍になるから、水車にあたる水量も３倍。

【電池３個が並列＋電球１個】　の場合は
滝(１の電圧)３本が３倍の川幅になった川に合流している。
そこに　水車を１個描いて…
【電池一個＋電球１個】と変わらない。

等々…図に書きながら納得しようとしていたのですが…

【電池１個＋電球３個の直列】
…ー💡ー💡ー💡ー|❚ー…
川幅は〔1〕滝も〔１〕。そこに3個に水車を描いたところで
？？？？になってしまったのです。

そもそも
〔抵抗〕を通った後は同じ電圧？同じ電流(量)？
実際の水車は…ちょっと堰き止められていて、水車のわきの部分の水量や水流が強くて…水車からのゆっくりめの水と合流していた様な…思い込みの様な…。
電球を直列した時は、電源からの位置に関わらず３個直列なら１/３づつ同じ明るさで光る。電源に近い方が明るい訳ではないので…
三個の水車をまとめて　大きな水車として描き替えて…
３倍大きくて重くて回りにくい…だからゆっくり１/３のスピードで回る。
だからトータルでは〔１〕の水量で動かしている事になる…。
などと理解していたのですが…

【電球３個並列＋電池1個】になるとお手上げ！！！

滝(１)から川（1）に流れた水は…
その川に横3個(川幅いっぱいに）並んだ水車に当たっている？？
一個づつが同じ水量を受けて？？

あれ…？？？

そもそも〔抵抗〕を通っても　電池から出た電圧や電流は戻る時は同じ？？？

…もうこの辺りから
わけがわからなくてお手上げになっております。

≪流量を決めるのは電流である水路の幅です。これは電球によって決まります。≫
↑この辺りも理解できないでおります。

わかりが悪くて申し訳ありません。