次の文章は、直流回路に関する記述である。
図の回路において、電流の値I[A]は4 Aよりも(ア)。
このとき、抵抗R_1の中で動く電子の流れる向きは図の(イ)であり、電界の向きを併せて考えると、電気エネルギーが失われることになる。
また、0.25 sの間に電源が供給する電力量に対し、同じ時間に抵抗R_1が消費する電力量の比は(ウ)である。
抵抗は、消費した電力量だけの熱を発生することで温度が上昇するが、一方で、周囲との温度差に(エ)する熱を放出する。
上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
正答1
解説
正解は(1)。
右側のはしご状抵抗網(2Ω,1Ω,2Ω,1Ω,1Ω)は、末端の1Ωと1Ωの直列2Ωが手前の2Ωと並列で1Ω、これに1Ωを足して2Ω、さらに最左の2Ωと並列にして合成1Ωとなる。
これがR1=1Ωと合わせ12V-1Ω-1Ωの単純直列ループを作るので、I=12/(1+1)=6A>4Aで(ア)大きい。
R1は電池からみて帰路側にあり慣用電流はR1内を下から上へ流れるため、電子はその逆の上から下へ移動する(イ)。
電力比はR1/(R1+外部網)=1/2=0.5(ウ)。
抵抗の放熱量は周囲との温度差にほぼ比例する、いわゆるニュートンの冷却則が成り立つ(エ)。