内部抵抗

電流計の内部抵抗はできるだけ低いものがよくて、電圧計の内部抵抗はできるだけ高いものがいいのはどうしてですか？

No.3 回答者： noname#5014 回答日時： 2002/01/17 04:52

丁寧な解答が出ているので、短い回答を出してみます。

電流計は、電流を分岐させずに測りたいから、直列につなぐ。
でも、電圧には影響を与えたくない。
だから、電圧降下が少ないように、低い抵抗が求められる。

電圧計は、人の身長が横から見ないとわからないのと同様に横から測るイメージで、並列につなぐ。
でも、電流には影響を与えたくない。
だから、電流の分岐が少ないように、高い抵抗が求められる。

Ｎｏ１さんの丁寧な説明と、Ｎｏ２さんのしっかりした式とを見て、僕のを読んでくれたら、自分の言葉で説明までできるようになるのでは？

No.2 ベストアンサー 回答者： siegmund 回答日時： 2001/11/02 14:20

128yen さんのおっしゃるとおりで，もう説明は尽きているようなものですが，

ちょっとだけ補足してみましょう．

　　　┌───┐　　　┌───┐
　　┌┤電池Ｅ├───┤抵抗Ｒ├─────┐
　　│└───┘　　　└───┘　　　　　│
　　│　　　　　　　　　　　　　　　　　　│
　　└──────────────────┘

という回路を考えましょう．
電流は当然
(1)　I = E/R です．

電流計は

　　　┌───┐　　　┌───┐　　┌────┐
　　┌┤電池Ｅ├───┤抵抗Ｒ├──┤電流計R1├───┐
　　│└───┘　　　└───┘　　└────┘　　　│
　　│　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　│
　　└────────────────────────┘

の用に入れます．
電流計の内部抵抗を R1 としますと，全体の抵抗は R+R1，
流れる電流は
(2)　E/(R+R1)
で，(1)とは違ってしまいます．
でも，R >> R1 なら，違いは大したことありません．
こういうわけで，電流計の内部抵抗は小さい方が良いのです．

今度は，電流 I0 が流れていて抵抗の両端の電圧を測ることを考えましょう．
その電圧は，
(3)　E = I0 R
です
電圧計は

　　　　　　　　　　　┌────┐　　　　
　　　　　　　　　┌─┤電圧計R2├─┐
　　　　　　　　　│　└────┘　│
　　　　　　　　　│　　　　　　　　│　
　　　　　　　　　│　┌───┐　　│
　　　──────┴─┤抵抗Ｒ├──┴──
　　　　　　　　　　　└───┘　　　　

のようにつなぎます．
R と R1 は並列ですから，合成抵抗は 1/R(合成) = 1/R + 1/R2，すなわち
(4)　R(合成) = R R2/(R + R2)
で，実際に測定される電圧は
(5) E(実際) = I0 R(合成) = I0 R R2/(R + R2)
です．
R << R2 なら，R(合成)≒R ですから，(3)(5)の違いは大したことはありません．

電流計と電圧計との決定的な違いは，回路に直列に入れるか並列に入れるか
ということです．

なお．精密な電圧測定ではブリッジを使って，
電圧計に全く電流を流さないで測定することもあります．

No.1 回答者： 128yen 回答日時： 2001/11/01 12:24

電流計は電流をはかるので、直列につながなければいけません。

もし並列につないでしまうと電流が分岐してしまい変な結果を招いてしまいます。直列に電流計をつなぐともし電流計に抵抗があればそこで電圧降下が生じてしまい電流値が変化してしまいます。よって電圧降下を最小にするために抵抗は小さくしています。

逆に電圧計は並列につなぎます。直列につなぐと電圧計の両端の電圧を測ることになってしまいます（電圧降下の分を測定しているといってもいいです）。並列につなぐとそこにも電流が流れ込もうとします。そうすると電流が変化した分だけ電圧が下がります。よって電流の流れ込みがないように抵抗を大きくしてあります。

わかりやすく説明すると、電流はパイプを流れている水、電圧は山の高さ、抵抗は水の流れを邪魔するものと思ってください。
直列はパイプの間に新たにパイプをつけ、並列はパイプから１本分岐させたパイプと思ってください。
水の流れをはかる場合（電流の測定）、パイプを２本に分岐させてしまうと水がそっちに流れてしまいますので、水の流れは減少します。よってパイプは１本で測定しなければなりません。パイプの間に新たにつけたパイプがもし中が凸凹で水の流れを妨げたら（抵抗が大きいと）、水の流れは減少します。よって抵抗の小さいパイプでなければ水の流れは測定できません。
電圧測定の場合は、２本にしてパイプ間の高さを測るわけですから、水が流れ込まないように凸凹をたくさんつくって（抵抗をおおきくして）水の流れをとめます。

あまり文章を書くのが得意ではないのでわかりにくかったかもしれませんが。。。