LEDに抵抗を入れるのは何故か考える。

正しくLEDを灯す時には、抵抗を入れないといけない。これは何故だろうか。

同じ豆電球を使って電気を灯そうとすると

豆電球の場合は、乾電池と豆電球だけで灯すことができる。

LEDがつかないと思って、乾電池を直列つなぎにして、電圧をあげ、灯そうとすると、豆電球でいうフィラメントが切れたように、LEDの中が焼き切れて壊れてしまう。
これは、どうして何故なのだろうか？
今まで学習したことを元に考える。

回路は、大きく３の部分でできていることを学習した。
①は電源：電気を流そうとするところ
②は導線：電気が流れるところ
③は負荷：電気を使うところ

豆電球は③の負荷の部分である。
乾電池は①の電源の部分である。

つまり、電気を流そうとするところ（電池）を直列にすれば、負荷の部分でたくさん電気を使うことができるのではないか。ということが考えられる。（この話は、電力の部分でまた詳しく）

そして、電源の力が弱ければ、豆電球は光らないし、電源の力が強すぎると、豆電球のフィラメントが切れてしまう。

負荷にも、適正な電気の量というものがあるのだ。

では、電圧と電流とは何なのだろうか。

電気を利用するところでは、電気を通しやすいほど電気の抵抗が小さいという。
また、電圧が電池やコンセントのように一定の場合、電気を通しやすいほど、電流の値が大きくなる。（V固定　Rが小　の場合、　Iが大になる。　V=RIより）
電流の値が大きくなるほど、電力も大きくなる。（W＝VI）

不思議な話だが、電気を通しにくいものの（Rが大のもの）方が、同じ電圧（乾電池や家庭用コンセント）であれば、電気を使わないのである。
（Iが小さくなり、Wの値が小さくなるため・この辺りのイメージが、難しい。）

普通に考えると、電気を通しにくい、電気をたくさん使う。と考えてしまう。確かに、電気を通しにくいと、電圧を高くしなければ、電気を流すことができないし、直列つなぎに並んだ時には、電気の流れにくい方に、電圧は使われてしまう。

LEDの回路はいった回路ではどうだろうか。
豆球のようなサイズのLEDの仕様の規定値は、電圧は５Vと少し高めのものが多いが、電流の値は、３０mAと電流の値は小さいものが多い。

LEDの抵抗は、極めて小さく、LEDがつく程度の電圧とLED １個だけの回路にしてしまうと、オームの法則より、極めて大きな電流が流れ、LEDが焼け付いてしまう可能性がある。
例）　３V の電池　　を使ってLED（R＝１Ω）に電流を流すとすると
３＝１　✖️ I  　　　I＝３（A）　
LEDに流したい電流量（３０mA）の１００倍になる
１００倍の電流が流れると焼き切れる。

そこで必要なのが、抵抗の部品なのである。
９９Ωの抵抗の部品があるとする。LEDの抵抗は極めて小さいので１とする。

回路に１００Ωの電気抵抗が入っていれば、３Vの電源で電圧をかけたとすると、
V（電圧）＝RI（抵抗✖️電流）のオームの法則により３＝１００✖️Iになり
I＝０．０３A つまり３０mA の電流値になって、うまく電流が流れる。

その後問題になるのが、回路内の負荷（LEDと電気抵抗）にかかる、電圧である。

普通に考えれば、LEDは抵抗がものすごく小さいため、そこにかかる電圧もものすごく小さくなる。

しかし、LEDは半導体のため、オームの法則が成り立たない。

LEDは電気抵抗とは違い、電流に関わらず電位差は一定になる。
また、LEDでは、電圧が足りない場合は、全くつかない（電流が流れない性質がある）が、規定の電圧に達すると、（電流が流れるようになり）つくようになる。
https://eman-physics.net/circuit/led.html

そのため、電源の電圧をLEDの基準値よりも少し高めに設計し、
抵抗を挟んで電流を調整することで、LEDを焼いて破損せずに点灯させることができるのである。

ちなみに、中学校の理科では、オームの法則を中心として考えるので、LEDのことについては触れない。

奥が深いぞ。LED！