抵抗器の電力損失測定：ジュールの法則を用いたハンズオン実験
部品と材料
- 電卓（または鉛筆と紙で算術計算）
- 6 V電池
- 1/4ワット抵抗器2本：10 Ωと330 Ω（±5%公差）
- 小型温度計（医療用または赤外線）
正確な抵抗値はクリティカルではありません。±5%以内（10 Ωなら±0.5 Ω、330 Ωなら±16.5 Ω）に収めてください。カラーコードは茶・黒・黒・金（10 Ω）と橙・橙・茶・金（330 Ω）。
6 V電池のみ使用。温度計は急速な発熱を検知できるコンパクトなものを。
相互参照
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Chapter 2: Ohm’s Law
学習目標
- ボルトメーター、アンペアメーター、オームメーターの使用
- ジュールの法則で電力を計算
- コンポーネント電力定格の理解
- 回路内の電気的コモンポイントの認識
回路図
図解
手順
1. オームメーターで各抵抗器の抵抗を測定。正確な値を記録。
2. 330 Ω抵抗器をジャンパーワイヤーで6 V電池に接続。ワイヤーを抵抗器端子に先に取り付け、通電部品に触れないよう注意。
3. 回路通電状態でボルトメーターを用い、抵抗器両端の電池電圧を確認。抵抗器と電池が同一2ノードを共有するため、抵抗器両端電圧は電池電圧と等しい。
4. 回路経路にアンペアメーターを挿入し電流測定。ワイヤーに断点を作り、アンペアメーターを挟んで再接続。
5. 電圧、電流、抵抗を記録。ジュールの法則の以下の形で電力を計算：
6.0 V電源と330 Ω抵抗器では、期待電力は0.109 W（109 mW）で、抵抗器の0.25 W定格を余裕で下回ります。抵抗器は明確に温まるが過熱はしません。
6. 温度計を抵抗器中央に当て、温度上昇を観察。
安全な実践
抵抗器交換時は、新しい抵抗器取り付け前に回路を遮断。330 Ωを10 Ωに交換し再接続。10 Ω抵抗器は約3.6 Wを消費し、0.25 W定格の14倍以上なので急速加熱。可燃物から離してください。
抵抗器から煙が出始めたら即座に回路遮断、冷却後抵抗再測定。損傷した抵抗器は抵抗値が上昇することが多く、これが電流と電力を減らし、自己保護的に働く場合があります。
関連ワークシート
- Energy, Work, and Power Worksheet
産業技術