理科の知恵(電気回路とブレーカー)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。

今日のはやや長いので能書き無しで。
○ブレーカーを落とさずに多数の電化製品を使う方法
2年でやったであろう電気回路あたり、しっかり学習できてるでしょうか。
※若干教科書超えるレベルですが
細かい仕様は一部ぼかしつつですが、やった内容と照らし合わせてみましょう。

・抵抗の並列接続
あれ、合成抵抗の逆数がどうのこうのという話に目がいきがちですね。
今回は別の側面を確認しておきましょう。
「各抵抗に掛かる電圧は、それぞれを単独でつないだ時と変わらない。」
※ここでいう「抵抗」は、例えば豆電球やモーター等、今回に限れば、電化製品と読み替えてください。
中学校の段階だと、合成抵抗のインパクトが強すぎて難なんですよね…
電源の電圧が変わらない場合、各抵抗に流れる電流の強さは単独でつないだ時と変わりません。
結果、各抵抗で消費する電力も変わらないわけです。

・コンセントの仕様
家庭用コンセントの差込口を増やし、多数の電化製品をつなぐ事は、
電源に並列に大量の抵抗をつなぐ事に相当します(俗にたこ足配線と言う状態ですね)。
並列になるようにしてあるおかげで、それらは全て単独でつないだ時と同じように動作します。
このとき、大元のコンセント~電源までの導線には、それぞれの電化製品に電気を供給するべく大量の電流が流れます。
例えば、テレビに3A,電子レンジに15A、ドライヤーに10A、計28A!みたいな。
つまりこうです。コンセントに大量に電化製品をつないでも、使う分には仕様上問題ないんです。
日本では100V、アメリカでは120Vが基本など、地域によって電源電圧が違ったりはしますが、原理は同じです。
外国に行ってもこの知識は使えますよ!

・ブレーカーの意図
じゃなんでブレーカーは落ちるんでしょうか。
嫌がらせ?いやいや。
導線に大量の電流が流れると大きなジュール熱が発生します。
平たく言いましょう。発熱します。
電流が大きければ大きいほど、また使用時間が長いほど、より高い温度になります。
放っておけば、導線が焼き切れるまで熱くなりつづけます。
なんて、導線は金属製、そう簡単に焼き切れません。まず絶縁体のビニール等が燃えます。
導線が切れるより火事になるのが先かもしれません。
…マズイですね!
何も知らない人がテキトーに電化製品を使っていると、火事になるわけです。
こういうことは理科や家庭科で習うはずなのですが、でも忘れている人も多いでしょう。
そこで、家の配電盤には安全装置をつけてあるんです。
放っておいたら火事になりそうな強い電流が流れると、それを感知して家の電気を切る装置が。
ブレーカーって言います。これで大丈夫ですね!
※漏電ブレーカーはまた別。あっちはふつう製品の使い方的な話ではないです。
※アンペアブレーカーが落ちる原因はこれとは少し違うんですが、対処法がよく似ているので省略。

今回のテーマは、「ブレーカーを落とさずに多数の電化製品を使う方法」でしたね。
つまり、ブレーカーが「やべぇ」って思わない程度の電流ならOKなんです。
一部屋で15Aとか20Aとか、どれくらいの値で落ちるかは仕様次第です。
また、電流の量は、消費電力に比例します。
つまり、消費電力が一定量を超えない範囲なら大丈夫と言いかえられます。
この場合、多くの場合一部屋1500W~2000Wくらいでしょう。

消費電力が低いものなら見た目上数が多くても多少は大丈夫です。
特に低い側の代表的なものに、携帯電話の充電機があり、
多くは20W程度なので、数十個たこ足しても理論上は大丈夫。
一方、熱を生むものはほぼ高い側です。
電気ポットや炊飯器、電子レンジ、トースター、電気ヒーター、ドライヤーなど
大抵一個で1000W前後あるので。同じコンセントでの同時使用はアブナイです。
同じ時間にこれらの複数を使うのも、ブレーカーが落ちる場合がありますね。
パソコンやゲーム機、モニターはその間ですかね。数個レベルなら大丈夫です。
日常生活以外でも、避難所で非常電源分けあう時には結構重要だったりします!

ええ、中学校で、電気回路の単元で習ってますよ今日出た原理!使えてますか?
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