サピックス：4年生：F43−02（電気回路の基礎を学ぼう）：理科のメモ

電気回路の世界へようこそ！～中学受験理科を突破しよう～

電気がなければ、私たちの生活は成り立ちません。家の中を見渡してみましょう。照明、テレビ、冷蔵庫、エアコン…どれも電気の力で動いていますね。中学受験の理科では、そんな身近な電気に関する基礎知識が問われます。

この記事では、電気回路の基本的な仕組みから、豆電球の働き、そして回路のつなぎ方による違いまで、わかりやすく解説していきます。一緒に電気回路の世界を探検し、中学受験を突破しましょう！

1. 豆電球のひみつ

まずは、電気回路の実験でよく使われる「豆電球」について見ていきましょう。小さな豆電球ですが、よく見ると精巧な構造をしています。

豆電球の構造

• 口金: 電球の下部にある金属部分。電気を流す役割を担っています。

• へそ: 口金の反対側にある小さな突起。これも電極の一つです。

• フィラメント: 口金とへそを繋ぐ、髪の毛よりも細い金属の糸。電流が流れると熱くなり、光を放ちます。

豆電球が光るためには、このフィラメントに電流を流す必要があります。では、どのように電流を流せば良いのでしょうか？

2. 電気の通り道「回路」を作ろう！

電気を流すためには、「回路」を作る必要があります。回路とは、電気の通り道のこと。電池、導線、豆電球などを繋いで作ります。

回路を図で表したものを「回路図」といいます。回路図では、それぞれの部品を記号で表します。

回路図の記号

• 電池：長い線と短い線を組み合わせた記号。長い線がプラス極、短い線がマイナス極を表します。

• 豆電球：丸の中に×印を書いた記号。

• 導線：線で表します。

回路図を見ると、豆電球や電池がどのように繋がっているのか、電流がどのように流れるのかが一目でわかります。

電流の流れ

電流は、電池のプラス極から出て、導線を通って豆電球のフィラメントへ流れ、再び導線を通って電池のマイナス極へ戻ります。水道の水のように、高いところ（プラス極）から低いところ（マイナス極）へ流れていくイメージです。

豆電球が光る条件

• 豆電球の口金とへそが、どちらも導線で電池に正しく繋がっている。

• 回路が途切れていない。

3. 豆電球が光らない！？ ～回路のトラブル～

回路が正しく繋がっていないと、豆電球は光りません。よくあるトラブルは以下の2つです。

• 回路が繋がっていない: どこかで導線が切れていたり、豆電球がちゃんと接続されていなかったりすると、電流が流れず、豆電球は光りません。

• ショートしている: 電流が豆電球のフィラメントを通らずに、電池のプラス極からマイナス極へ直接戻ってしまうことを「ショート」または「短絡」といいます。ショートすると、電流が流れやすくなりすぎて、回路が過熱し、火災の危険があります。

ショート回路に注意！

• 釘や針金など、先が尖ったものを使うときは、怪我をしないように注意しましょう。

• 電池のプラス極とマイナス極を導線だけで直接繋ぐのは絶対にやめましょう。

4. 電池のつなぎ方 ～直列つなぎと並列つなぎ～

電池のつなぎ方には、「直列つなぎ」と「並列つなぎ」の2種類があります。それぞれ、電流の強さや電池の持ちに違いがあります。

直列つなぎ

• 電池を縦に繋ぐ方法です。

• 電圧が高くなり、電流を流そうとする力が強くなります。

• 豆電球をより明るく点灯させることができます。

• 電池の持ちは、1個の場合と同じです。

並列つなぎ

• 電池を横に繋ぐ方法です。

• 電圧は1個の場合と同じですが、電池の持ちが長くなります。

• これは、回路全体の電流を各電池で分担するため、電池の消耗が遅くなるからです。

• プラス極同士、マイナス極同士を接続する必要があります。逆向きに繋ぐと、電流がぶつかり合い、発熱するなど危険です。

5. 豆電球のつなぎ方 ～直列つなぎと並列つなぎ～

豆電球のつなぎ方にも、「直列つなぎ」と「並列つなぎ」があります。

直列つなぎ

• 豆電球を数珠つなぎにする方法です。

• 回路全体の抵抗が増え、電流が弱くなるため、豆電球は暗くなります。

• 1つの豆電球が切れると、全ての豆電球が消えてしまいます。

並列つなぎ

• 豆電球を枝分かれのように繋ぐ方法です。

• それぞれの豆電球に同じ電圧がかかるため、同じ明るさで光ります。

• 1つの豆電球が切れても、他の豆電球は点灯したままです。

豆電球の明るさ

豆電球の明るさは、流れる電流の強さによって変化します。電流が強いほど、豆電球は明るく光ります。電流の強さは、電池の電圧と豆電球の抵抗によって決まります。

• 電池1個に対し、豆電球1個の回路が最も明るく光ります。

• 豆電球を直列につなぐと、暗くなります。

• 電池を直列につなぐと、明るくなります。

6. 複合回路に挑戦！

電池と豆電球を直列や並列に組み合わせた回路を「複合回路」といいます。複合回路では、それぞれのつなぎ方の特徴を理解することで、豆電球の明るさや電池の持ちを考えられます。

例えば、電池を直列につないで電圧を高くし、豆電球を並列につないでそれぞれの明るさを確保する、といった回路も作れます。

7. 身近な電気回路 ～並列つなぎの例～

私たちの身の回りには、並列つなぎを利用したものがたくさんあります。

• 家庭のコンセント: 複数の家電製品を同時に使えるように、並列つなぎになっています。

• こたつ: こたつのコードの中には、豆電球の並列つなぎと電池の並列つなぎがあります。こたつで冬の星座を表しているものがありますが、これは3つの色の豆電球を並列につないで表現しています。

8. 実験で確かめよう！

実際に豆電球と電池を使って、様々なつなぎ方を試してみましょう。

• 並列つなぎでは、豆電球の明るさが変わらないことを確認しましょう。

• 電池の持ちは、豆電球の数や電池のつなぎ方によってどのように変化するのか調べてみましょう。

9. まとめ ～電気回路マスターになろう！～

電気回路は、私たちの生活を支える重要な技術です。中学受験の理科では、電気回路の基本的な仕組みを理解しておくことが大切です。

この記事で学んだことをしっかり復習し、練習問題を解いて、電気回路マスターを目指しましょう！

ポイント

• 直列つなぎと並列つなぎの違いを理解する。

• 豆電球の明るさや電池の持ちに与える影響を理解する。

• 回路図から回路のつなぎ方を読み取る練習をする。

• ショート回路の危険性を理解する。

• 電池の並列つなぎの際の注意点を守る。