電子の目で見る電流 ― オームの法則と電流の保存Seeing Current as Electrons ― Ohm's Law and Conservation of Current

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

1. R1 と R2 を直列につないだ回路で、電子は抵抗の中を通るときだけ遅くなると思いますか。それとも回路のどこでも同じ速さだと思いますか。In a circuit with R1 and R2 connected in series, do you think electrons slow down only while passing through a resistor, or do they move at the same speed everywhere in the circuit?💡 電子が抵抗の手前でつまったり、抵抗のあとで減ったりしたら、回路の中の電子の数や並び方はどうなってしまうでしょうか。If electrons piled up before a resistor or became fewer after it, what would happen to the number and spacing of electrons in the circuit?
2. 並列回路で、抵抗の小さい枝と大きい枝では、どちらの電子のほうが速く流れると思いますか。In a parallel circuit, do you think electrons move faster in the branch with the smaller resistance or the larger resistance?💡 並列では、どちらの枝にも同じ電圧がかかります。オームの法則 I = V/R を思い出しましょう。In parallel, both branches have the same voltage across them. Recall Ohm's law, I = V/R.

2動かしてみようTry it

1. 最初の状態（「接続: 直列」、電圧 V 3.0 V、抵抗 R1 20 Ω、抵抗 R2 40 Ω）で、電子（青い点）が抵抗の前・中・後でどう動くかを観察し、右の表示 I = V/(R1+R2) の値を読む。左上の凡例で「電子の流れ」と「電流の向き」の矢印のちがいも確かめる。In the starting state ("Series", Voltage V 3.0 V, Resistor R1 20 Ω, Resistor R2 40 Ω), watch how the electrons (blue dots) move before, inside, and after the resistors, and read the value of I = V/(R1+R2) on the right. Use the legend at the top left to compare the "Electron flow" and "Current direction" arrows.
2. 「電圧 V」を 6.0 V に上げ、電子の速さと電流 I の値の変化を見る。次に「抵抗 R2」を 100 Ω にして、もう一度電子の速さと I を読む。Raise "Voltage V" to 6.0 V and watch how the electron speed and the current I change. Then set "Resistor R2" to 100 Ω and read the electron speed and I again.
3. 電圧 V を 3.0 V、抵抗 R2 を 40 Ω にもどし、「接続: 直列（タップで並列へ）」ボタンを押して並列接続にする。R1 の枝と R2 の枝の電子の速さを比べ、I1、I2、幹線 I の値を読む。Set Voltage V back to 3.0 V and Resistor R2 back to 40 Ω, then press the "Series (tap for parallel)" button to switch to a parallel circuit. Compare the electron speeds in the R1 and R2 branches and read I1, I2, and the main-wire I.
4. 並列のまま「抵抗 R1」を 10 Ω、「抵抗 R2」を 100 Ω、電圧 V を 6.0 V にして、枝ごとの電子の速さのちがいを観察する。最後に「スイッチ: 入（タップで切）」ボタンを押して、電子がどうなるかを見る。Still in parallel, set "Resistor R1" to 10 Ω, "Resistor R2" to 100 Ω, and Voltage V to 6.0 V, and observe the difference in electron speed between the branches. Finally press the "Switch: ON (tap to turn off)" button and see what happens to the electrons.

3確かめようCheck

1. 直列回路で、電子は抵抗の中で遅くなりましたか。電流 I の値はいくつでしたか。In the series circuit, did the electrons slow down inside the resistors? What was the current I?→ 遅くなりませんでした。電子は抵抗の前・中・後で同じ速さ・同じ間隔で動きました。I = 3.0 V ÷ (20 Ω + 40 Ω) = 0.050 A（50 mA）で、回路のどこでも同じです。No. The electrons moved with the same speed and spacing before, inside, and after the resistors. I = 3.0 V ÷ (20 Ω + 40 Ω) = 0.050 A (50 mA), the same everywhere in the circuit.
2. 直列回路で電圧を 6.0 V にすると I はどうなりましたか。さらに R2 を 100 Ω にするとどうなりましたか。In the series circuit, what happened to I when the voltage was 6.0 V? What happened when R2 was then set to 100 Ω?→ 電圧を2倍の 6.0 V にすると I も2倍の 0.100 A になり、電子全体が速くなりました。R2 を 100 Ω にすると R1+R2 = 120 Ω で I = 0.050 A になり、回路全体の電子がいっせいに遅くなりました。Doubling the voltage to 6.0 V doubled I to 0.100 A, and all the electrons moved faster. With R2 = 100 Ω, R1 + R2 = 120 Ω and I = 0.050 A, so all the electrons in the whole circuit slowed down together.
3. 並列回路（V = 3.0 V、R1 = 20 Ω、R2 = 40 Ω）で、I1、I2、幹線の I はいくつでしたか。どちらの枝の電子が速かったですか。In the parallel circuit (V = 3.0 V, R1 = 20 Ω, R2 = 40 Ω), what were I1, I2, and the main-wire I? In which branch did the electrons move faster?→ I1 = 0.150 A、I2 = 0.075 A、幹線 I = I1 + I2 = 0.225 A でした。抵抗の小さい R1 の枝の電子のほうが速く流れました。I1 = 0.150 A, I2 = 0.075 A, and the main-wire I = I1 + I2 = 0.225 A. The electrons moved faster in the R1 branch, which has the smaller resistance.
4. 電子の流れる向きと電流の向きは同じでしたか。Was the direction of electron flow the same as the direction of current?→ 逆向きでした。電子は電池の−極から＋極へ流れ、電流の向きは＋極から−極として表されていました。No, they were opposite. Electrons flowed from the battery's negative terminal to its positive terminal, while the current direction was shown from positive to negative.

4考えようThink further

1. 電子の総数は 90 個で一定でした。直列回路で電子が抵抗の手前でつまって遅くなると仮定すると、どんな矛盾が起こるでしょうか。The total number of electrons stayed fixed at 90. If electrons piled up and slowed down just before a resistor in a series circuit, what contradiction would arise?→ 抵抗の手前に電子がたまり続け、ほかの場所の電子が減ってしまいます。1本道の回路では、ある場所を通る電子の数は単位時間あたりどこでも同じでなければならないので（電流の保存）、抵抗は回路全体の電子をいっせいに遅くするはたらきをします。Electrons would keep collecting before the resistor while other parts of the circuit ran short of them. In a single loop the number of electrons passing any point per second must be the same everywhere (conservation of current), so a resistor slows all the electrons in the whole circuit together.
2. 家庭のコンセントにつないだ電気器具は並列につながっています。器具を増やすと、コンセントへつながる幹線の電流はどうなりますか。Appliances plugged into household outlets are connected in parallel. What happens to the current in the main wire as more appliances are switched on?→ どの器具にも同じ電圧がかかり、それぞれの電流が足し合わされるので、幹線の電流は大きくなります。そのため、器具を使いすぎるとブレーカーが落ちることがあります。Each appliance gets the same voltage and their currents add up, so the main-wire current increases. That is why using too many appliances at once can trip the circuit breaker.

よくある誤解Common misconceptions

• 「電流は抵抗を通るたびに使われて減る」という誤解。直列回路では、抵抗の前でも後でも電流の大きさは同じである。The idea that current is used up and becomes smaller each time it passes through a resistor. In a series circuit the current is the same before and after each resistor.
• 「電子は電流と同じく＋極から−極へ流れる」という誤解。電子は−極から＋極へ流れ、電流の向きはその逆と決められている。The idea that electrons flow from + to − just like the current. Electrons flow from − to +, and the conventional current direction is defined as the opposite.

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