オームの法則公式覚え方や計算のやり方!電流や抵抗を自在に求めよう

この記事は最終更新日から1年以上が経過しています。内容が古くなっているのでご注意ください。

はじめに

オームの法則とは、V=IRで表される回路の電圧・電流・抵抗の関係についての式です。

小学校の理科とは異なり、中学生で習う理科は計算や暗記事項が増えてきて一気に難しくなりますね。
特に目に見えない電気の分野などはなかなか理解しにくいのではないでしょうか。

「オームの法則」は電気の分野でも特に重要です。オームの法則を一度マスターしてしまえば、電流、電圧、抵抗わからないものをどれでも求めることができるのです。
この記事ではその覚え方、使い方を紹介し、練習問題とその解説を加えています。
また、あなたがこの先いつオームの法則を使うことになるかも説明します。

この記事を読んでオームの法則を理解でき使いこなせるようになれば、定期テストや入試でもしっかりと得点できるようになりますよ!

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「オームの法則」とは?

「オームの法則」とは?

という公式で表される法則を

オームの法則

と呼びます。

【オームの法則の覚え方】

「ブイ イコール アイ アール」

と100回唱えることが最も早く覚えられる覚え方です。

声に出して100回唱えてください。


それぞれの文字が何を表すか、また「オームの法則」の使い方は後でとても詳しく説明しますので、まずはこの式を完全に覚えてください。

また、ゴロで覚えると忘れにくいので自分で考えてみるのも面白いですよ!

なんてゴロはどうでしょうか。
センスの塊のようなゴロですね!

物理の勉強法は、まず公式を覚えるところから始まります。

物理で扱う公式は昔の大偉人が発見したものばかりなので、いきなり原理をイメージして使うのはとても難しいことです。
まずは覚えてしまいましょう。

オームの法則の3つの文字

「ブイ イコール アイ アール」を100回唱え終えたあなたなら、もう「オームの法則」の公式を忘れることはありません。


ここからはもっと具体的に「オームの法則」を理解していきましょう。

【オームの法則の名前の由来】

約200年前にドイツの物理学者オームさんが発見したために「オームの法則」と呼ばれます。

実はオームさんが発見する45年前に別の人が見つけていたのですが、その時に世間に発表していませんでした。
先に発表したオームさんの手柄となったわけです。悲しいお話です。

【オームの法則に使われている文字】

オームの法則にはV,I,Rという3つの文字が使われています。
それぞれ、

を表しています。

といっても、具体的にはわかりにくいですよね…

この次の節で電圧、電流、抵抗、電池をすぐに理解できるたとえを紹介します!



まずは「電圧」「電流」「抵抗」という言葉だけを覚えてください。

電気回路のイメージ

電池、電圧、電流、抵抗を理解するための方法として、
水流をイメージする方法があります。

「電池」が水を上まで押し上げるポンプの役割をするとしましょう。
すると「電圧V」は水の落差です。ポンプがどこまで水を上げるかを表しています。

つまり、「電圧V」は電池や電源(コンセント)が与えるものなんですね。



また、水の落差(電圧)が大きいほど流れ落ちる水の勢いが増し、水車が勢い良く回りますね。

ここでの水の勢いを「電流I」と捉えます。



「抵抗R」とは、水を流れにくくする水車の役割をします。
その代わり、水車を動かすエネルギーを生み出します。
これによって「電圧V」をエネルギーに変換することができます。

オームの法則の使い方!

「オームの法則」を知っていても、使い方を知っていないと意味がありません。
ここで簡単な例題を解いて使い方の基礎を身に着けましょう。


しかし電圧、電流、抵抗を求めるときのそれぞれのオームの法則を暗記しても意味がありません。
公式の元の形【V=IR】を暗記してしまったら、あとは式変形するだけで電流や抵抗を求めることができます。
なるべく覚えることを減らして、楽しちゃいましょう!


数学で方程式を解く時には

「求めたい文字を左側に、それ以外を右側に集める」

というコツがあります。

数学だけでなく物理でも使えるコツです。
オームの法則でもガンガン使っていきましょう!

電圧を求める場合

電圧を求めたいときには、電圧Vを左側に、電流Iと抵抗Rを左側に持っていくことがコツです。

元々の形ですね(笑)

【注意事項】

理科の問題を解くときには、必ず答えに単位を付けてください。

例題を見てみましょう。

【例題】

ある電池に3Ωの抵抗を繋げてスイッチをonにすると2Aの電流が流れました。この時の電池の電圧(v)を求めなさい。

【解説】

「電圧」「電流」「抵抗」を求める問題が出たら。まずは「オームの法則」で解くことができないか、公式に代入してみましょう。

公式に当てはめるだけで求めることができましたね。

電流を求める場合

電流Iを求める場合は、電流を表すIを左側に、電圧Vと抵抗Rを右側に持ってきましょう。

最初に紹介した「オームの法則」の式の両辺をRで割っただけですね。
これで電流を求めることができます。

いちいち電流を求めるための「オームの法則」を覚えるのではなく、どうすれば求めたい文字だけを左側に残せるかを考えてみてください。


さて、例題で使い方を見てみましょう。

【例題】

6vの電池と3Ωの抵抗を用いて回路を作った。流れる電流(A)を求めなさい。

【解説】

抵抗、電流、電圧についての問題文なので、まずは「オームの法則」で解けないかを考えます。

公式を式変形して、数値を代入することで求めることができました。

抵抗を求める場合

抵抗を求める場合でも、電流を求める場合と同じことをするだけです。
求めたい抵抗Rを左側に、それ以外の電圧Vと電流Iを右側に持って行きます。

例題を見てみましょう。

【例題】

6vの電池に抵抗を繋げて回路を作ったところ、3Aの電流が流れた。
この時の抵抗の値(Ω)を求めなさい。

電圧、電流、抵抗に関する問題文なので、まずは「オームの法則」で解けないか見てみましょう。

これも簡単な式で解くことができました。

【まとめ】

・求めたいものによって

を式変形させる。

・式変形は「求めたいものを左側、それ以外を右側に集める」というコツを用いて行う。

・公式を覚えていれば簡単な計算で求められる。

オームの法則で電圧・電流・抵抗の大きさの関係を見る!

「オームの法則」では、「電圧」「電流」「抵抗」がそれぞれ変化した時に、他の値にどのような影響を与えるかを調べる事ができます。

抵抗が同じで、電流の大きさが異なる場合の電圧について

「オームの法則」の公式を見ながら2つの場合を考えていきましょう。

抵抗はどちらも同じなので、具体的に1Ωとしてみましょう。

という結果になります。

電流が2倍になると、電圧も2倍になっていますね。
このことから、電圧は電流に比例することがわかりました。
電流が大きくなると電圧も大きくなり、電流が小さくなると電圧も小さくなります。

電圧が同じで、抵抗の大きさが異なる場合の電流について

「オームの法則」の公式を見ながら2つの場合を考えていきましょう。

電圧はどちらも同じなので、具体的に8Ωとしてみましょう。

という結果になります。

抵抗が2倍になると、電流は1/2倍になっていますね。
このことから、電流は抵抗に反比例することがわかりました。
抵抗が電流を流れにくくする役割があると考えると、電流が2倍流れにくくなったと考えることができるので納得できると思います。

電流が同じで、電圧の大きさが異なる場合の抵抗について

「オームの法則」の公式を見ながら2つの場合を考えていきましょう。

電流はどちらも同じなので、具体的に1Aとしてみましょう。

という結果になります。

電圧が2倍になると、抵抗は2倍になっていますね。
このことから、抵抗は電圧に比例することがわかりました。

【まとめ】

ここでは、

・電圧は電流に比例する
・電圧は抵抗に比例する
・電流は抵抗に反比例する

ことを確認しました!



オームの法則の公式を日本語で説明すると、

「電圧は電流に比例する」

となるのですが、実際に数値を入れてみると理解しやすくなったのではないでしょうか。

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オームの法則の練習問題

ここでは練習問題を解いてみてオームの法則を理解してみましょう。
説明を読むよりも実際に解いてみるほうが理解できます。

問1 電流I(A)を求めてください。

電流を求めるので、オームの法則を式変形して

問2 電圧を求めてください。

この問題では抵抗が2つ直列につながれているので、まずは1つにまとめましょう。

抵抗の直列つなぎの場合、それらを一つにまとめた場合の抵抗値、すなわち合成抵抗R(Ω)は

で表されます。

なので、

と計算できます。

オームの法則より

問3 電流を求めてください。

この問題では抵抗が2つ並列につながれているので、まずは1つにまとめましょう。
抵抗の並列つなぎの場合、それらを一つにまとめた場合の抵抗値、すなわち合成抵抗R(Ω)に関して

で表されます。

なので、

オームの法則より

問4 電圧を求めてください。

この問題では、並列つなぎと直列つなぎが融合した問題になっています。

何をすればいいか分からなくなりそうですが、まずは計算できそうなところから探しましょう。


図を見ていて「右側の並列部分はこれまでの公式で計算できるのでは?」と考えることができた人は勉強に関しての洞察力があります!
思いつけなかった人でも次からこのような考え方ができれば大丈夫です!

まずは右側の並列つなぎを合成してしまいましょう。

この計算を行うことで、回路図が分かりやすくなります。

残すは直列つなぎのみとなりましたので、計算しちゃいましょう!

オームの法則より、

これで回路全体にかかる電圧を求めることはできました。

複雑な回路でも、1つずつ崩していくと、最後にはかんたんな回路になるのです!!



しかし、1つ1つの抵抗にかかる電圧や流れる電流はどうなっているのでしょうか。
部分的な電圧や電流を求める場合でも、オームの法則が役に立ちます!。

図を解説していきます。見にくくなってすいません!!


ここまでで、全体に4Vかかることは分かったので、左の1Ωの抵抗にかかる電圧と右の並列つなぎの抵抗にかかる電圧の合計が4Vになります。


そして、左の1Ωの抵抗には2Aの電流が流れているので
オームの法則を用いると
V=2×1=2(V)
となるので
2Vの電圧がかかっていることがわかります。


すると、残りの並列つなぎの抵抗には2V かかることが分かりました。
ここで、それぞれの抵抗に流れる電流を求めるためにオームの法則を用いると
I=2÷2=1(A)
となるので1(A)の電流がそれぞれに流れていることがわかりました。

入試問題におけるオームの法則

中学校で習うオームの法則ですが、なんとセンター試験でオームの法則を問う問題が出されています。

平成27年度センター試験本試験物理基礎第2問B

抵抗3個の直列つなぎや並列つなぎは学校でもこの記事でも習ってないじゃないかと思うかもしれませんが、先程の融合問題のときと同じくできるところから考えていきましょう。


(a)については、2個の抵抗を合成することはできるので、まずは2個だけ合成してみましょう。

(b)については一見難しそうですが、並列つなぎになっている抵抗には全て同じ電圧がかかるので、電流を求めるだけであれば簡単です。

すると、もうここまで学習してきたあなたなら解ける形になったのではないでしょうか。

センター試験では1つの大きな問題としてオームの法則が取り上げられていますが、国公立大学二次試験や私立大学の入学試験問題では途中計算としてオームの法則が何度も出てきます。

つまり、大学に入学するための入試問題を解くときにオームの法則が必要になっているのです。

あなたが将来大学に入りたいと思った時に、「中学校でもっと勉強しておけばよかった」と後悔しないためにも今のうちに勉強してみてはいかがでしょうか。

最後に

ここまで、

・オームの法則の覚え方
・オームの法則の使い方
・将来どこでオームの法則を使うのか

を見てきました。

理科の公式は覚えているだけでは意味がありません。

実際に問題を見たときに知っている公式の中から使う公式を決めて、実際に計算できなければいけません。
この記事でぜひ、オームの法則の式と使い方だけでも学んでもらえることを願っています。

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この記事を書いた人
慶應義塾大学 理工学部に通っています。1人旅が趣味で、得意科目は数学と英語です!

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