ショート（短絡）

学習指導要領： KS3, cycle 4, Sek I

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目的

短絡が起きると何が起こるか、保護機能がどう働くかを観察します。

実験装置

6 V の電圧源と 6 V / 3 W の電球があり、電球には開いたスイッチが並列につながれています。電球は点灯しています。

手順

1. スイッチを閉じます。
2. 電球と、電圧源の電源ランプを観察します。
3. スイッチを開き、電源ボタンで電圧源をオンにします。

予想される結果

閉じたスイッチが電球の端子どうしを短絡させるので、電流は電球を迂回し、電球は消えます。電流を制限するのは電圧源の内部抵抗（0.5 Ω）とケーブルだけで、電流は約 10 A に達します。電圧源の過負荷保護は、3 A を超える電流で電圧源をオフにします。電源ボタンがオフになり、電源ランプが赤く点滅します。電圧源は、手でオンにし直して初めて再び動きます。

問題

1. 短絡すると電流がこれほど大きくなるのはなぜですか。
2. 家庭の配線で、この保護機能の役割を果たしているのは何という装置ですか。

解答

1. 閉じたスイッチは、約 12 Ω の熱いフィラメントで電流を約 0.5 A に抑えていた電球を迂回させます。残るのは電圧源の内部抵抗 0.5 Ω とケーブルだけなので、\(I = U / R\) から電流は最大で 6 V / 0.5 Ω = 12 A、ケーブルを含めると約 10 A になります。
2. 分電盤のブレーカー、古い配線ではヒューズです。電圧源の保護機能と同じように、ブレーカーは過負荷や短絡が起きると切れ、手で入れ直さなければなりません。