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電験三種 理論 直流回路①|オームの法則・合成抵抗・分圧と分流・キルヒホッフ

電験三種 理論 直流回路①|オームの法則・合成抵抗・分圧と分流・キルヒホッフ

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最終確認:2026年10月24日

電験三種の理論で、直流回路の土台になる5つの論点をまとめた辞書です。オームの法則、合成抵抗、分圧と分流、抵抗率と温度係数、キルヒホッフの法則の順に確かめます。

理論の論点:直流回路①|直流回路②|静電気|磁気|電磁誘導|交流の基本

交流回路|三相交流|過渡現象|半導体|電子回路|電気計測

オームの法則 ── 電圧は電流と抵抗の積

オームの法則のたとえ:電池はポンプ、電圧は水位差、電流は水の流れ、抵抗は細い管にあたり、電子は電流と逆向きに動く。電流は回路が一周つながらないと流れない
量記号と単位意味
電流(でんりゅう)I〔A〕1秒間に導線の断面を通る電荷(でんか)の量
電圧(でんあつ)V〔V〕電流を押し流す、電位(でんい)の差
抵抗(ていこう)R〔Ω〕電流の流れにくさ

電圧は、抵抗と電流の積です。3つのうち2つが分かれば、残りの1つが決まります。同じ抵抗なら電流は電圧に比例し、同じ電圧なら電流は抵抗に反比例します。

言葉の式 電圧 = 抵抗 × 電流

V=RI

V:電圧(抵抗の両端の電位差・電圧降下)〔V〕 R:抵抗〔Ω〕 I:電流〔A〕

問われる形○×ポイント
同じ導線に流れる電流は、両端の電圧に反比例する×電圧に比例する。反比例するのは、電圧が一定のときの抵抗と電流
抵抗の中の電子は、電流と同じ向きに動く×電子は負の電荷なので、電流と逆向きに動く
定電流の電源で抵抗が増えても、要る電圧が上限ちょうどなら電流は変わらない○上限に等しいだけで、超えてはいない
要る電圧が上限を超えても、定電流の電源は電流を保つ×電圧が上限で一定になり、電流は上限の電圧を抵抗で割った値に下がる
  • 電流の向きは、正の電荷が動く向きと決めた約束です。金属の中で動くのは電子(でんし)で、向きは電流と逆になります。
  • 電流は、電位の高い所から低い所へ流れます。電位が同じ2点の間には流れません。
  • 水でたとえると、電圧は水位の差、電流は水の流れ、抵抗は細い管です。ただし水は管の先からこぼれても流れますが、電流は回路が一周つながらないと流れません。

解き方:定電流の電源と電圧の上限

  • ① 最初の一手は、その電流を流すのに要る電圧を出すことです。抵抗に電流を掛けます。
  • ② 要る電圧が上限以下なら、電流はそのままです。上限を超えると電圧が上限で一定になり、電流は上限の電圧を抵抗で割った値になります。

例の条件を短くまとめます(令和3年度 問6)。電流を100 Aに保つ電源(上限は100 Aと20 V)に、0.1 Ω・0.1 Ω・0.8 Ωの抵抗が直列です。後ろの2本は、初めスイッチで短絡(たんらく)してあります。

  • 初め:抵抗は0.1 Ωだけです。要る電圧は0.1×100=10 Vで、上限の内です。
  • 1つ目のスイッチを開くと、抵抗は0.1+0.1=0.2 Ωです。
V=0.2 Ω×100 A=20 V
  • 20 Vは上限ちょうどで、超えません。電流は100 Aのままです。
  • 2つ目も開くと、抵抗は1.0 Ωです。100 Aには1.0×100=100 Vが要り、上限を超えます。
  • 電圧は20 Vで一定になり、電流は20÷1.0=20 Aに下がります。

関連:合成抵抗|電気のきほん語

合成抵抗 ── 直列は抵抗の和、並列は逆数の和

回路の描き直し:導線でつながった点に同じ記号を付けると同じ電位の点が分かり、点ごとにまとめると直列と並列の組合せになって、導線でまたいだ抵抗は外れる
つなぎ方合成抵抗(ごうせいていこう)考え方
直列(ちょくれつ)抵抗の和流れにくさを足す
並列(へいれつ)(2本)積÷和(和分の積(わぶんのせき))逆数の和の式の近道
並列(3本以上)逆数の和の逆数流れやすさ(抵抗の逆数)を足す

直列は流れにくさ(抵抗)を足し、並列は流れやすさ(抵抗の逆数)を足します。並列の合成抵抗は、並べたどの抵抗よりも小さくなります。

言葉の式 合成抵抗 = 各抵抗の和

R0=R1+R2+⋯+Rn

R0:合成抵抗〔Ω〕 R1:1つ目の抵抗〔Ω〕 R2:2つ目の抵抗〔Ω〕

言葉の式 合成抵抗 = 1 ÷(各抵抗の逆数の和)(4本以上も同じように逆数を足す)

R0=11R1+1R2+1R3

R0:合成抵抗〔Ω〕 R1:1つ目の抵抗〔Ω〕 R2:2つ目の抵抗〔Ω〕 R3:3つ目の抵抗〔Ω〕

言葉の式 合成抵抗 = 2つの抵抗の積 ÷ 2つの抵抗の和

R0=R1R2R1+R2

R0:合成抵抗〔Ω〕 R1:1つ目の抵抗〔Ω〕 R2:2つ目の抵抗〔Ω〕

問われる形○×ポイント
並列2本の合成抵抗は、2つの抵抗の逆数の和×逆数の和は合成抵抗の逆数。値は積÷和
両端が導線で同じ点につながった抵抗にも、電流が流れる×電位の差が無いので流れない。外して考える
Rに「RとRxの並列」を直列にして全体が1.8Rなら、Rxは3R×並列部分は0.8R。ちょうど0.8Rになるのは4R
はしご形の回路は、電源から遠い端から直列と並列を順にまとめる○端から畳むと、1段ずつ簡単になる
  • 複雑に見える回路は、導線でつながった点に同じ記号を付けて描き直します。同じ記号の点は同じ電位なので、間の抵抗には電流が流れません。
  • スイッチや導線でまたいだ抵抗は短絡されていて、無いものとして考えます。
  • 図で線が交わる所に黒丸が無ければ、つながっていません(飛び越し)。

解き方:並列の相手の抵抗を求める

  • ① 最初の一手は、回路全体の抵抗を出すことです。電圧を電流で割るか、電流の比から出します。
  • ② 直列の分を引いて、並列部分の抵抗を出します。
  • ③ 並列部分を積÷和の式で表し、知りたい抵抗について解きます。
  • ④ 答えを式に入れ直し、並列部分の値に戻るかを確かめます。

例の条件を短くまとめます(令和7年度上期 問7)。電源に2 Ωが直列で、その先に10 Ωと、スイッチ付きのRが並列です。スイッチを閉じると、2 Ωの電流が開いたときの3倍になります。

  • 開いたとき:全体は2+10=12 Ωです。
  • 電源の電圧は同じなので、電流が3倍なら全体の抵抗は12÷3=4 Ωです。
  • 並列部分は4−2=2 Ωです。
  • 流れやすさ(抵抗の逆数)で考えると、Rの分は1/2−1/10=4/10です。Rは10÷4=2.5 Ωです。
  • 確かめ:10 Ωと2.5 Ωの並列は次のとおりで、2 Ωに戻ります。
R0=10 Ω×2.5 Ω10 Ω+2.5 Ω=2 Ω

関連:分圧と分流|ブリッジの平衡|式の変形と連立方程式

分圧と分流 ── 電圧は抵抗の比、電流は逆比で分かれる

分圧と分流:3 Ωと2 Ωの直列に10 Vをかけると電位は6 Vと4 V下がり、並列にすると電流は逆の比で3 Ωに5分の2、2 Ωに5分の3が流れる
比べる所直列(分圧(ぶんあつ))並列(分流(ぶんりゅう))
どの抵抗でも同じ量電流電圧
分かれる量電圧電流
分かれ方抵抗に比例抵抗に反比例
多く受け持つ抵抗大きい抵抗に大きい電圧小さい抵抗に大きい電流

直列では電圧が抵抗の比で分かれ、並列では電流が抵抗の逆の比で分かれます。2点間の電圧は、基準点から測った2点の電位の差です。

言葉の式 抵抗にかかる電圧 = 全体の電圧 × その抵抗 ÷ 抵抗の和

V1=V0×R1R1+R2

V1:R₁ にかかる電圧(電圧降下)〔V〕 V0:全体の電圧(電源電圧)〔V〕 R1:1つ目の抵抗〔Ω〕 R2:2つ目の抵抗〔Ω〕

言葉の式 枝の電流 = 分かれる前の電流 × 反対側の抵抗 ÷ 抵抗の和

I1=I0×R2R1+R2

I1:R₁ を流れる枝の電流〔A〕 I0:分かれる前の電流〔A〕 R1:1つ目の抵抗〔Ω〕 R2:2つ目の抵抗〔Ω〕

問われる形○×ポイント
枝に分かれる前の全電流を、そのまま並列の1本の電流とする×枝の電流は、並列部分の電圧÷その枝の抵抗
並列の枝で、電流が半分の枝は抵抗も半分×抵抗は逆の比で、2倍になる
B点の電位が60 Vなら、B-C間の電圧も60 V×C点の電位を引く。C点が20 Vなら40 V
抵抗の電力は、その抵抗の電圧と電流で出す○電源の電圧や全電流を使わない
  • 電位は、基準点(0 V)から測った電気の高さです。電源を通ると上がり、抵抗を通ると電流の向きに下がります(電圧降下(でんあつこうか))。
  • 2点の電位の差は、基準点を1つ決め、2点の電位を別々に出してから引き算します。
  • 短絡された抵抗には電流が流れず、電圧もかかりません。

解き方:並列の枝の電流を出す

  • ① 最初の一手は、並列部分の電圧を出すことです。全電流に、並列部分の合成抵抗を掛けます。
  • ② 並列部分の電圧を、知りたい枝の抵抗で割ります。
  • ③ 分流の式で出しても、同じ答えになります。

例の条件を短くまとめます(令和4年度上期 問5)。電源に1 Ωと抵抗R2が直列で、R2の電圧は100 V、電流は5 Aでした。

次に、R2に5 Ωを並列につなぎ、5 Ωの電流を求めます。

  • 初めの回路:R2は100÷5=20 Ωです。電源の電圧は、5 Aに1+20=21 Ωを掛けて105 Vです。
  • 20 Ωと5 Ωの並列は、20×5÷25=4 Ωです。全体は1+4=5 Ωで、全電流は105÷5=21 Aです。
  • 並列部分の電圧は21×4=84 Vです。5 Ωの電流は84÷5=16.8 Aです。
  • 分流の式では、式のR1に5 Ω、R2に20 Ωを入れます。
I1=21 A×20 Ω5 Ω+20 Ω=16.8 A
  • 21 Aは分かれる前の電流で、5 Ωの電流ではありません。1 Ωで21 V下がるので、5 Ωにかかるのは105 Vではなく84 Vです。

関連:合成抵抗|キルヒホッフの法則|比・割合

抵抗率と温度係数 ── 長く細いほど、金属は熱いほど抵抗が大きい

抵抗の温度係数:金属の抵抗は温度でほぼ直線的に増え、同じ傾きを基準の温度の抵抗で割るので、基準の温度が高いほど温度係数の値は小さい
変えるもの抵抗の変わり方わけ
長さを2倍2倍通り道が長くなる
断面積を2倍半分通り道が広くなる
抵抗率(ていこうりつ)の大きい材料大きい材料そのものが流れにくい
金属の温度を上げるほぼ直線的に増える原子の振動が、電子の動きを邪魔する
半導体(はんどうたい)の温度を上げる下がる金属と逆

抵抗は長さに比例し、断面積に反比例します。金属の抵抗は、温度が上がるとほぼ直線的に増えます。材料の流れにくさが抵抗率で、その逆数が導電率(どうでんりつ)です。

言葉の式 抵抗 = 抵抗率 × 長さ ÷ 断面積

R=ρℓA

R:導体の抵抗〔Ω〕 ρ:抵抗率〔Ω·m〕 ℓ:導体の長さ〔m〕 A:導体の断面積〔m²〕

言葉の式 導電率 = 1 ÷ 抵抗率

σ=1ρ

σ:導電率〔S/m〕 ρ:抵抗率〔Ω·m〕

言葉の式 t₂ ℃のときの抵抗 = t₁ ℃のときの抵抗 ×{1 + 温度係数 ×(t₂ − t₁)}

R2=R1{1+α1(t2−t1)}

R2:t₂[℃]のときの抵抗〔Ω〕 R1:基準温度 t₁[℃]のときの抵抗〔Ω〕 α1:t₁[℃]のときの抵抗温度係数〔℃⁻¹〕 t1:基準の温度〔℃〕 t2:抵抗を求める温度〔℃〕

問われる形○×ポイント
電線の抵抗は、長さに比例し、断面積に反比例する○長いほど流れにくく、太いほど流れやすい
長さが同じなら、断面積が違っても、抵抗率がいちばん大きい材料の電線が、いちばん抵抗が大きい×断面積でも決まる。細い電線は、抵抗率が小さくても抵抗が大きくなる
電圧が同じで抵抗が1.5倍になると、電流は50%減る×電流は1÷1.5で約0.667倍。減るのは約33%
並列の片方だけ温度で抵抗が増えると、合成抵抗の変化率はその抵抗の変化率より小さい○変わらないもう片方の分だけ、変化が薄まる
  • 抵抗温度係数(ていこうおんどけいすう)は、温度が1 ℃上がるごとに抵抗が増える割合です。温度と抵抗の直線の傾きを、基準の温度の抵抗で割った値です。
  • 同じ導線でも、基準にする温度が違うと、抵抗温度係数の値が違います。式に入れるのは、基準の温度のときの値です。
  • 抵抗が1.5倍になったときの減り方は、増えた割合(50%)とは違います。電流は抵抗の逆数の倍率で変わります。
  • 工場・現場では、白金線の抵抗が温度で増える性質を使った温度計(測温抵抗体)で、配管や機器の温度を測ります。

解き方:材料と太さの違う電線の抵抗を比べる

  • ① 最初の一手は、長さをm、断面積を平方メートルにそろえることです。1 kmは1000 m、1 mm²は100万分の1平方メートルです。
  • ② 抵抗の式に、抵抗率・長さ・断面積を入れます。
  • ③ 抵抗率だけ、断面積だけで大小を決めず、計算した値で比べます。

例の条件を短くまとめます(令和2年度 問5)。長さ1 kmの4本の電線を比べます。断面積はmm²に直して載せます。

電線抵抗率と断面積抵抗
A(鉄)8.90×10⁻⁸ Ω·m、90 mm²約0.989 Ω
B(アルミニウム)2.50×10⁻⁸ Ω·m、50 mm²0.500 Ω
C(銀)1.47×10⁻⁸ Ω·m、10 mm²1.47 Ω
D(銅)1.55×10⁻⁸ Ω·m、20 mm²0.775 Ω
  • 例えばCは、断面積10 mm²を1×10⁻⁵ 平方メートルに直して入れます。
R=1.47×10−8 Ω·m×1000 m1×10−5 m²=1.47 Ω
  • 大きい順はC、A、D、Bです。抵抗率が最も大きいAではなく、いちばん細いCが最大になります。

関連:合成抵抗|変化の割合=グラフの傾き|10の何乗と接頭語

キルヒホッフの法則 ── 入る電流=出る電流、一周すれば電位は元に戻る

キルヒホッフの法則:点Pには左から1.8 A、右から0.2 Aが入り、6 Ωへ2 Aが出る。21 Vの電池から一周すると、電池で21 V上がり、5 Ωで9 V、6 Ωで12 V下がって元の0 Vに戻る
法則中身もとになる考え
キルヒホッフの第一法則(きるひほっふのだいいちほうそく)節点に入る電流の和は、出る電流の和に等しい電荷は途中で消えも増えもしない
キルヒホッフの第二法則(きるひほっふのだいにほうそく)閉じた道を一周すると、起電力(きでんりょく)の和は電圧降下の和に等しい一周すると元の電位に戻る

節点に入る電流の和は、出る電流の和に等しくなります。閉じた道を一周すると、起電力の和は電圧降下の和に等しくなります。分からない電流や電位を文字で置き、式を立てて解きます。

言葉の式 節点に流れ込む電流の和 = そこから流れ出る電流の和

I1+I2=I3+I4+I5

I1:流れ込む電流(1本目)〔A〕 I2:流れ込む電流(2本目)〔A〕 I3:流れ出る電流(1本目)〔A〕 I4:流れ出る電流(2本目)〔A〕 I5:流れ出る電流(3本目)〔A〕

言葉の式 一周して見たとき、起電力の総和 = 電圧降下の総和

E1+E2=R1I+R2I

E1:起電力(1つ目の電源)〔V〕 E2:起電力(2つ目の電源)〔V〕 R1:1つ目の抵抗〔Ω〕 R2:2つ目の抵抗〔Ω〕 I:閉じた道を流れる電流〔A〕

問われる形○×ポイント
電源が2つある回路で、片方の電源だけを使って電流を出す×両方の電源を、向きも含めて式に入れる
電池の記号は、長い線の側が+○+と−を逆に読むと、別の選択肢の値になる
電源が2つの並列の回路で、中央の抵抗の電圧は2つの電源電圧の差×枝の抵抗でも電圧が下がる。節点の電位を置いて解く
求めた電流が負なら、図で決めた向きと逆に流れている○向きは先に決め、答えの符号で読む
  • 節点(せってん)は、3本以上の導線がつながる点です。法則の名前は、電流則・電圧則とも言います。
  • 電池を−から+へ通ると電位が上がり、抵抗を電流の向きに通ると電位が下がります。
  • 並列の枝が2点の間に並ぶ回路は、上の点の電位を1つ置くと、第一法則の式1本で解けます。

解き方:節点の電位を置いて解く

  • ① 最初の一手は、基準(0 V)を決め、節点の電位を文字で置くことです。
  • ② 各枝の電流を、両端の電位の差を抵抗で割って表します。
  • ③ 節点に入る電流の和と出る電流の和を等しくおき、式を解きます。
  • ④ 求めた電位を戻し、各枝の電流が第一法則を満たすかを確かめます。

例の条件を短くまとめます(令和5年度下期 問6)。上の点Pと下の線の間に、3本の枝が並列です。左は21 Vの電池と5 Ω、中央は6 Ω、右は14 Vの電池と10 Ωで、電池はどちらも上が+です。

  • 下の線を0 V、Pの電位をVとします。
  • 左から入る電流は(21−V)÷5、右から入る電流は(14−V)÷10、6 Ωへ出る電流はV÷6です。
  • 入る和と出る和を等しくおき、両辺に30を掛けると、6×(21−V)+3×(14−V)=5×Vです。
  • 126+42=14×Vなので、Vは168÷14=12 Vです。
  • 確かめ:左から1.8 A、右から0.2 Aが入り、6 Ωには12÷6=2 Aが出ます。入る和と出る和が合います。
  • 21−14=7 Vを6 Ωの電圧とするのは誤りです。5 Ωと10 Ωでも電圧が下がります。

関連:分圧と分流|重ね合わせの理|式の変形と連立方程式

まとめ

電圧は抵抗と電流の積で、直列は抵抗を、並列は流れやすさを足します。

電圧は直列で抵抗の比に、電流は並列で抵抗の逆の比に分かれます。

抵抗は長さに比例して断面積に反比例し、回路は節点の電流と一周の電位で式を立てます。

次に読む

参考文献

  • 日高 邦彦・堀 桂太郎・井上 弘司『First Stage シリーズ 新訂電気回路入門』実教出版 第1章・第2章 Amazonで見る
  • 高木 茂孝・堀 桂太郎『First Stage シリーズ 新訂電子回路概論』実教出版 第1章1節(半導体の性質) Amazonで見る
  • 川村 貞夫・石川 洋次郎『メーカーの技術者が書いた やさしく計装がわかる 工業計測と制御の基礎』工業技術社 第2章(2.1.2 測温抵抗体) Amazonで見る
  • 『みんなが欲しかった!電験三種 理論の教科書&問題集』TAC出版 初版(2018年) CH01 直流回路の章(SEC01〜04) 最新版をAmazonで見る
  • 第三種電気主任技術者試験 理論 問題(電気技術者試験センター) 令和2年度・令和3年度・令和4年度上期・令和5年度下期・令和7年度上期

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