qI2Q7

(問3)次の文章中の空欄に入る式と単位を答えよ。

 抵抗値 R の抵抗に大きさ I の電流を時間 t だけ流した。発生したジュール熱はと表され、その単位であるジュール(記号 J )は基本単位 kg 、m 、s を用いてと表される。

 

(問4)抵抗値 10Ω と 30Ω の二つの抵抗を、図1(a)および(b)のように接続し、直流電源で 10V の電圧を加えた。それぞれの回路において、30Ω の抵抗に流れる電流 I1I2 の値はそれぞれいくらか。

  
図 1

#センター17本試物理基礎

(問3)

抵抗値 R の抵抗に大きさ I の電流を流したときの電力

    RI2

であり、電力に時間を掛けたものが電力量であり、

     RI2t

で、この電力量ジュール熱です。

 


RI2t なのだからその単位

    [Ω] × [A]2 × [s]

のはずですが問題文では基本単位 kg 、m 、s を用いて表わせ、といっているので、J(ジュール)について考え直すと、これはエネルギーの単位であり、仕事の単位のことです。

仕事というのは力(単位は N )と距離(単位は m )を掛けたものであり、力は(運動方程式 ma = F より)質量(単位は kg )と加速度(単位は m/s2 )を掛けたものであるので、その単位は

    [J] = [N] × [m] = [kg] × [m/s2] × [m] = [kg⋅m2/s2]

です。

 

 

(問4)
2つの抵抗は直列に接続されているので合成抵抗の大きさは 30[Ω] + 10[Ω] = 40[Ω] であり、オームの法則より、

    I1 = \(\large{\frac{10[\rm{V}]}{40[Ω]}}\) = 0.25 [A]

(b)の回路においては電流は 10Ω の抵抗を流れません。抵抗が少しでもある路(みち)と抵抗が全く無い路がある場合、電流は抵抗が全く無い路のみを流れます。

つまり(b)の回路は

このような回路であるとみなすことができます。

その電流は、オームの法則より、

    I2 = \(\large{\frac{10[\rm{V}]}{30[Ω]}}\) ≒ 0.33 [A]