電気抵抗

電気抵抗

抵抗器

電池を用いた回路の学習では，物理基礎の範囲では特に抵抗器の扱いについて考えます。単純に抵抗と表現することもあります。

この抵抗器は自由電子を内部に有しているため電流が流れますが，抵抗器の種類によって電流の大きさが異なります。回路図では，単なる長方形で表されます。

オームの法則

図のような回路を考えてみましょう。抵抗器に起電力が $V$ の電池をつないだだけのシンプルな回路です。

この回路に流れる電流を $I$ とします。電池は右側が正極になっているので，流れる電流は反時計回りです。

ここで，電池の電圧 $V$ を変える実験をすると，回路に流れる電流 $I$ は電圧 $V$ に比例して変化することが知られています。

この比例定数を $R$ とすると，

$$V=RI$$の関係式が成り立つわけです（オームの法則）。

中学までの理科でも幾度となく出てきましたね。

生徒

電気抵抗（抵抗値）

比例定数 $R$ の値は電気抵抗の種類によって異なる値です。この値の意味するところを具体例で確認してみましょう。

このように，$R$ が大きければ，同じ電圧をかけたときに流れる電流が小さくなりますし，逆に $R$ の値が小さければ流れる電流は大きくなります。

よって，この比例定数 $R$ は，「回路にどれだけ電流が流れにくいか」を表していると考えられますね。

その値は抵抗器の種類（素材や大きさなど）によって異なることが知られており，抵抗器の電気抵抗と呼ばれています。

あるいは単に，抵抗や抵抗値という場合もあります。単位は $\punit{\Omega}$（オーム）を用います。

抵抗率

電流の流れにくさ

「抵抗の値は，抵抗器の種類によって変わる」という話でしたが，具体的にどのように変わるのかを確認しましょう。

まずそもそもですが，電気抵抗は「電流の流れにくさ」を表していました。

よって，「どのような形をした導線だったら電流（正の電荷の流れ）が流れやすいか」を考えればよいのです。以下のような例を見てみましょう。

このホースの話はあくまで例ですが，電気抵抗も同じように考えることができるはずです。

抵抗率

下の図のような抵抗器を考えてみましょう。

断面積 $S$ が大きく，長さ $l$ が短いほうが電流は流れやすそうですよね。

実際，断面積や長さを変えて抵抗値がどのように変化するかを調べる実験をすると，その値は断面積 $S$ に反比例し，長さ $l$ に比例するという結果が得られます。

さらに，導体の素材（どんな種類の金属か，など）によっても抵抗値は変化するはずで，これを反映させる値 $\rho$（「ロー」と読みます） を用いると，

$$R=\rho\mskip 6mu\bun{l}{S}\mskip 5mu$$とかくことができます。

この $\rho$ は抵抗率と呼ばれている値であり，単位は $\punit{\Omega\cdot m}$ です。

この形からもわかる通り，$S$ が大きければ大きいほど抵抗値 $R$ は小さくなり，$l$ が小さければ小さいほど抵抗値 $R$ は小さくなります。

確かに「断面積 $S$ が大きく，長さ $l$ が短いほうが電流は流れやすい」というイメージ通りの形になっていることが確認できますね。

抵抗と温度

一般に，導体の温度が上昇するとその抵抗値は大きくなることが知られています。

これは，導体を構成する原子核の熱運動が激しくなり，自由電子の流れ（電流の流れ）を妨げるためです。

後に学習しますが，抵抗に電流が流れると熱が発生するため温度が上昇します。

それゆえ，回路の電流は次第に流れにくくなっていきます。