直列・並列回路シミュレータSeries & Parallel Circuits

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 同じ電球2個を同じ電池につなぐとき、直列つなぎと並列つなぎでは、どちらの電球が明るく光ると思いますか。If you connect two identical bulbs to the same battery, do you think the bulbs will glow brighter when connected in series or in parallel?💡 それぞれのつなぎ方で、1個の電球にかかる電圧がどうなるかを考えましょう。Think about what voltage each single bulb gets in each type of circuit.
2. 直列回路で、電池から出た電流は1個目の電球を通った後、少なくなると思いますか。In a series circuit, do you think the current becomes smaller after passing through the first bulb?💡 電球は電流を「使って」なくしてしまうのでしょうか、それともエネルギーだけを受け取るのでしょうか。Does a bulb use up the current itself, or does it only take energy from it?

2動かしてみようTry it

1. 最初の状態(「直列」、電源電圧 E = 3.0 V、電球の抵抗 R = 6 Ω)で、回路のいろいろな場所のドット(電流)の速さを比べ、下の表示の「合成抵抗 2R」「全電流 I」「電球の電圧 E/2」「電球の電力」を記録する。In the starting state ("Series", Battery voltage E = 3.0 V, Bulb resistance R = 6 Ω), compare the speed of the dots (current) at different places in the circuit, and record "Total R: 2R", "Current I", "Bulb V: E/2" and "Bulb power" in the panel.
2. 上の「並列」ボタンを押し、分岐点と合流点でドットがどう分かれ、どう合わさるか、枝と幹のドットの速さを比べる。表示の「合成抵抗 R/2」「全電流 I」「枝電流 I/2」「電球の電圧 E」「電球の電力」を記録する。Press the "Parallel" button. Watch how the dots split at the "Split point" and come together at the "Join point", and compare the dot speed in the branches with that in the main wire. Record "Total R: R/2", "Current I", "Branch I/2", "Bulb V: E" and "Bulb power".
3. 「直列」と「並列」を何度か切り替えて、電球の光り方と「明るさ ×1/4」「明るさ ×1」の表示を比べる。Switch between "Series" and "Parallel" a few times and compare how the bulbs glow and the "Glow ×1/4" and "Glow ×1" labels.
4. 「電源電圧 E」スライダーを 6.0 V にして、直列と並列それぞれで全電流と電球の電力がどう変わるかを記録する。Set the "Battery voltage E" slider to 6.0 V and record how the total current and bulb power change in series and in parallel.
5. E = 6.0 V のまま、直列で「電球の抵抗 R」スライダーを 12 Ω にして、全電流と電球の電圧がどう変わるかを確かめる。Keeping E = 6.0 V in series, set the "Bulb resistance R" slider to 12 Ω and check how the total current and the bulb voltage change.

3確かめようCheck

1. 直列回路(E = 3.0 V、R = 6 Ω)で、電流と各電球の電圧はいくらでしたか。ドットの速さは場所によって違いましたか。In the series circuit (E = 3.0 V, R = 6 Ω), what were the current and the voltage across each bulb? Did the dot speed differ from place to place?→ 合成抵抗 12 Ω で全電流 0.25 A(= 3.0 ÷ 12)。電流はどこでも 0.25 A で、ドットの速さも回路のどこでも同じだった。各電球の電圧は E/2 = 1.50 V、電力は 0.38 W だった。The total resistance was 12 Ω and the current was 0.25 A (= 3.0 ÷ 12). The current was 0.25 A everywhere, and the dots moved at the same speed all around the circuit. Each bulb had E/2 = 1.50 V and a power of 0.38 W.
2. 並列回路(E = 3.0 V、R = 6 Ω)で、全電流・枝電流・各電球の電圧はいくらでしたか。In the parallel circuit (E = 3.0 V, R = 6 Ω), what were the total current, the branch currents and the voltage across each bulb?→ 合成抵抗 3.0 Ω で全電流 1.00 A。分岐点で 0.50 A ずつに分かれ(枝のドットの速さは幹の半分)、合流点で 1.00 A に戻った。0.50 A + 0.50 A = 1.00 A。各電球の電圧は E と同じ 3.00 V、電力は 1.50 W だった。The total resistance was 3.0 Ω and the total current was 1.00 A. It split into 0.50 A in each branch at the split point (branch dots moved at half the main-wire speed) and returned to 1.00 A at the join point: 0.50 A + 0.50 A = 1.00 A. Each bulb had the full 3.00 V and a power of 1.50 W.
3. 直列と並列で、電球の明るさはどう違いましたか。How did the brightness of the bulbs differ between series and parallel?→ 並列の電球のほうが明らかに明るかった。直列の電球の電力は 0.38 W で並列(1.50 W)の 1/4 しかなく、「明るさ ×1/4」と表示された。電圧が半分になると電流も半分になるので、電力は 1/2 × 1/2 = 1/4 になる。The bulbs in parallel were clearly brighter. Each series bulb had only 0.38 W, a quarter of the 1.50 W in parallel, and was labeled "Glow ×1/4". Half the voltage also means half the current, so the power is 1/2 × 1/2 = 1/4.
4. E を 6.0 V にしたとき、また直列で R を 12 Ω にしたとき、電流はどう変わりましたか。How did the current change when E was set to 6.0 V, and when R was set to 12 Ω in series?→ E = 6.0 V にすると電流は2倍になり、直列で 0.50 A、並列で 2.00 A(枝 1.00 A ずつ)になった。直列で R を 12 Ω にすると合成抵抗が 24 Ω になって電流は 0.25 A に半分になったが、電球の電圧は E/2 = 3.00 V のままだった。With E = 6.0 V the current doubled: 0.50 A in series and 2.00 A in parallel (1.00 A per branch). In series with R = 12 Ω, the total resistance became 24 Ω and the current halved to 0.25 A, but each bulb still had E/2 = 3.00 V.

4考えようThink further

1. 家庭のコンセントにつながる電気器具は、直列ではなく並列につながれています。その理由をシミュレーションの結果から考えましょう。Appliances plugged into household outlets are connected in parallel, not in series. Use what you saw in the simulation to explain why.→ 並列ではどの器具にも電源と同じ電圧(家庭では 100 V)がかかるので、器具の数が変わっても決められた性能どおりに働く。直列だと電圧が器具の数で分けられて暗く(弱く)なり、1つの器具が切れると回路全体に電流が流れなくなってしまう。In parallel every appliance gets the full supply voltage (100 V in Japanese homes), so each works as designed no matter how many are connected. In series the voltage would be shared, making each one dimmer or weaker, and if one appliance broke the circuit, current would stop flowing through all of them.
2. 並列回路の合成抵抗(3.0 Ω)は、電球1個の抵抗(6 Ω)より小さくなりました。抵抗をつないで増やしたのに、なぜ全体の抵抗が小さくなるのでしょうか。The total resistance of the parallel circuit (3.0 Ω) was smaller than one bulb's resistance (6 Ω). Why does adding a resistor make the total resistance smaller?→ 並列では電流の通り道が2本に増えるので、同じ電圧でもより多くの電流(1.00 A、電球1個のときの 0.50 A の2倍)が流れる。I = E ÷ R より、電流が2倍になるということは全体の抵抗が半分(R/2)になったということである。In parallel there are two paths for the current, so at the same voltage more current flows (1.00 A, twice the 0.50 A through one bulb). Since I = E ÷ R, twice the current means the total resistance is halved (R/2).

よくある誤解Common misconceptions

• 「電流は電球を通ると使われて減る」という誤解。直列回路では電流は回路のどこでも同じで、電球で使われるのはエネルギー(電力)であって電流ではない。"Current gets used up as it passes through a bulb." In a series circuit the current is the same everywhere; a bulb uses energy (power), not current.
• 「電球を多くつなぐほど、いつも全体の抵抗が大きくなる」という誤解。直列では大きくなるが、並列では通り道が増えるので全体の抵抗は小さくなる。"Adding more bulbs always increases the total resistance." That is true in series, but in parallel the extra paths make the total resistance smaller.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)