電圧ってなに？

Question

現在、教育実習生の身です。

中学校で、電気のところ教えているのですが、自分でもあまり理解できていないので、みなさんの力を貸してください。

授業で、乾電池の電圧を測りました。電池を直列につないだ場合は電圧がどんどん増えていきます。電池を並列につないだほとんど変わりませんでした。
この結果から電圧がなぜ直列だと増え、並列だと変わらない。自分は知識として知っているので当たり前だと思ってしまいますが、初めての中学生になんと言って理解させたらいいのかがわかりません（今回は次の授業までに生徒に自分の考えを書いてくるようにと言って逃げました。なので次のときは。。。）

そして、次の授業でセメント抵抗２個を直列と並列につないだ時の電圧をはからせる実験を行う予定です。このとき、直列の場合はセメント抵抗２個の電圧を足したのが、電池の電圧と等しい。並列の場合は電池とセメント抵抗の電圧が一緒だとわかっているのですが、これをどう中学生に理解させるのか、を教えてもらいたいです＞＜；

高校では化学と生物、大学は環境系を専攻し生物しか勉強して来ませんでした。電流なんて中学以来で本当に困っています。

どうかよろしくお願いします。

sinisorsa · Accepted Answer

あ！　やっぱり　という感じです。
日本の教員養成の問題点がはっきりと表れていますね。

私自身、中学校時代に理科の先生がいい加減な授業をするので、
困りました。教科書に書いてあることだけしか教えない、
試験問題も不正確で何通りもの解釈ができ、解答も複数ありうる。
その旨を明記して、場合分けして、複数解答したら、０点に
なりました。当然、理科の評価は１でした。

自分の教える教科については、専門的な勉強をちゃんとしてほしい
と思います。
ここに質問している状況は信じられません。

さて、電圧ですが、山に高さがあるように、電気の世界には、
電位という高さが定義できます。電圧はこの電位の差（電位差）
のことです。
もう１つ、オームの法則が重要です。
Ｒ(Ω)の抵抗にＩ(A)の電流が流れるとV=IRの電圧降下が生じます。
E(V)の電池は電位をVだけ高めます。
さら、電流の保存則が重要です。これは、電流は電荷の流れを言います
が、電荷は突然湧きだしたり、消滅したりしないことをいいます。

直流回路の基本です。キルヒホッフの法則をよく勉強してください。
その上で、たとえを使った説明を生徒さんにしてください。
先生がたとえ話で理解していうようでは、生徒さんがかわいそうです。
ご健闘を祈ります。

isa-98 · Answer

はっきり言えば、分圧で生徒は理解出来る範囲を超えます。
ここで殆どが落伍します。

残りは分かった「つもり」
出来た「つもり」です。（丸暗記）

１０気圧で３キロのオモリと２キロのオモリを同時に押せば、
３キロのオモリに６割の力が必要です。
２キロのオモリには、４割のオモリが分担されます。

それだけの事です。

キルヒホッフの法則は、
６割の力だから４割落ちた。
４割の力だから６割落ちた。

合計１０割落ちた。
そう言っているだけなんです。

導き出されたのは、
電圧とは、電気を送る力です。
電流とは、その力で動いた量になります。

ワットは力X移動量ですね。

抵抗は川（パイプ）の流れで斜め上に上がった傾斜部分です。
水圧が同じなら流れは遅くなります。

１０割の流れがります。
１０割の斜めの抵抗があり、１割をふさげば９割が流れます。
２割をふさげば８割が流れます。

下記は、４割がふさがれたので６割が流れただけです。
http://denkinyumon.web.fc2.com/denkinokiso/bunatubunryuu.html

別に難しい話でも何でもなく、「こうなるのが常識。」
当たり前の事を難しく教えればキリはありません。

rabbit_cat · Answer

正直、中学校では、そもそも電圧とか電流とかの「定義」（電圧・電流というのはいったい何なのか）を教えないわけですから、生徒が完全に納得できるような説明をすることは最初から不可能です。
言うなれば、「ＵＦＯとは何か」を定義しないで、「ＵＦＯがいるか」を議論している状態。
納得できない生徒はどう説明しても絶対に納得できません。
なんで、生徒のレベルにもよるとは思いますが、特に頭のいい生徒には、下手に変な例えを出すよりも、最後は、高校に行ったらもうちょっと詳しく習うよ、ていうほうがよっぽど生徒のためになるとというか親切だと思います。

sinisorsa · Answer

No.11です。
訂正します。

誤）E(V)の電池は電位をVだけ高めます。

正）E(V)の電池は電位をE(V)だけ高めます。

Secret_Win · Answer

私も水の例え話が好きでしたが、今はビルのほうがよりしっくりきます。

例えば電圧１０Ｖは、１０階のビルにたとえます。電源は、エレベーターで一気に１０階まで上ります。そこから、階段で１階ずつ降りていきます。これが抵抗です。今、１つ降りたので電圧は１ボルト下がったとします。地上から見ると９階（９ボルトです。）この調子で１階ずつ降りて地上に到着します。エレベータの１階と階段の１階地上で繋がりました。

並列の場合は、廊下の反対側にも階段があります。以下説明は省略します。
もし抵抗が違う場合はどうしたらいいんだ？
と質問されたら、
緊急用の階段があり、この階段は、２階ずつ一気に降りられます。とかなんとか言ってかわします（笑

階段は抵抗にたとえましたが、階段の幅が狭いと、人が通りにくくなり、流れが悪くなります。人の流れが電流です。
人は、階段が一箇所しかなければ、同じ人数の人が降りてきます。
直列接続では、電流は同じということ。
（途中の階には寄らないこと、それは並列の説明になるので。じゃあ、上ってくる人はどうなるんだ？といわれたら、それは交流になるので、また今度、といってかわしてください。）

実は、反対側の階段は、幅が広かったので、そちらには、人が多く集まり、人の流れが激しい。断面積の大きいと抵抗値は小さいので、電流は流れやすい。

電位差の話。（少し無理があるのですが、例え話なので。）
１０階建てのビルから落っこちると、まず間違いなく死んでしまいます。
１０万ボルトの高圧に触ると、まず間違いなく死んでしまいます。
（静電気のように電流がほとんどないと死にませんが、それは棚に上げておく）
ところが！
１０階からジャンプしようと思ったら、すぐ隣のビルも１０階だったので、うまく着地できたので怪我一つしなかった。これは、地上でジャンプしたのと変わらない感覚だった。
次は、右手は１０万ボルトの高電圧の電線を握っています。しかし、同時に左手も１０万ボルトの高電圧の電線を握っていました。
１０万ボルト－１０万ボルト＝０ボルト
これは、地面を触っているのと変わらない感覚だった。

長くなりましたので、この辺で。

nazunazu · Answer

セメント抵抗を直列につないだ時の両端間の電圧をはかるときも、並列につないだ時の電圧をはかるときも、乾電池の電圧をはかるときも、結局は同じところを測ることになるので、電圧が同じになるのは当たり前のような気もしますが...。
授業計画はちゃんと立ててるんですよね？計画を立てたら担当の先生に見てもらってるんですよね？その際、わからないことはどんどん先生に聞いているんですよね？

suraimuken · Answer

川に例えて

電圧は、流れの速さで、これが大きいと触れただけで危ない。
電流は、川の大きさ。

掛け算すると、流れた水の量＝電力（Ｗ）になり、
電力＝パワーです。

のような説明でいかがでしょうか。

先々週、子供向けに電気を解説して欲しいと
テレビ局の人が弊社に取材にきたときに
私はこんな感じで答えました。

isa-98 · Answer

電位（電圧）は山のように高くなると上がります。
これを電位と言います。

電池の身長が高くなるんですよ。ーー；

並列の場合、単３が単２になるように容量が増えます。
電池は太ったんですよ。ーー；

どーでもいいけど、
ちゃんと分圧、分流まで教えるんだよ。ーー；
生徒用
http://nrc21.hp.infoseek.co.jp/lecture/denki/denki002.html

せんせー用。ーー；
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%E5%88%97%E5%9B%9E%E8%B7%AF%E3%81%A8%E4%B8%A6%E5%88%97%E5%9B%9E%E8%B7%AF

V1/V2＝R1/R2が大事。（分圧）
抵抗値が２倍で電圧は何倍になったか生徒に計らせて
せんせーがまとめる。
これを分圧と言いますと言ってごまかす。

I1/I2＝R2/R1　（分流）逆だかんな。
これは無ければやらなくていい。（むずい）

生徒に勝手にまとめさせる。ーー；
遊ぶ。

実験結果は後の授業で使う。

akagi3939 · Answer

僕も水のたとえがいいんじゃないかなと思います。
僕も昔、中学生のころに理科でトランスの授業があったので先生に質問した事がありました。
電圧と変える事ができると説明されたので、電圧が上がるトランスを使った場合、電流はどうなるんですか？と質問したらちょっと口ごもりながら電流もちょっと増えるって言われました。。。今思えばそんなはずないじゃん！ですが当時は間に受けかなり悩んでしまいました。
その先生は貴方とは違ってもうかなりのベテランだったんですが！
くれぐれも適当な回答はしないであげてくださいね。

naniwacchi · Answer

電気は、実態がすぐにつかめなかったりするので、大変ですよね。

先の方も書かれているとおりですが、
電流は水の流れに例えられるのが、常套手段になってます。
そこで、電圧は「高さ」、乾電池は「ポンプ」に対応させます。

高いところに水が組み上げられるほど、電圧は高くなります。
電流は当然「高いところから低いところへ」流れます。
ポンプを１階⇒２階、２階⇒3階・・・と直列にすることで高さを稼げます。
これは乾電池の直列に対応します。

直接は関係ないことですが、理科つながりで「気圧」についても、「高さ」という考え方をもっておくと解釈がたやすくなります。この場合は「空気」が高いところ（高気圧）から低いところ（低気圧）に流れることに対応します。気圧の勾配が急（等圧線が狭い）だと、強い風が吹くことになります。

水に例えるこのような説明は、必ず参考書などにあると思いますので、探してみて下さい。

電圧ってなに？

あ！ やっぱり という感じです。

はっきり言えば、分圧で生徒は理解出来る範囲を超えます。

正直、中学校では、そもそも電圧とか電流とかの「定義」（電圧・電流というのはいったい何なのか）を教えないわけですから、生徒が完全に納得できるような説明をすることは最初から不可能です。

No.11です。

私も水の例え話が好きでしたが、今はビルのほうがよりしっくりきます。

川に例えて

電位（電圧）は山のように高くなると上がります。

僕も水のたとえがいいんじゃないかなと思います。

電気は、実態がすぐにつかめなかったりするので、大変ですよね。

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あ！　やっぱり　という感じです。