直感的理解

電球やダイオードのような非直線抵抗は、オームの法則 $V = IR$ が直線にならず曲線になります。このとき、直列に抵抗をつないだ回路では「負荷線」$I = (E-V)/R$ との交点（動作点）が実際に実現する $V$ と $I$ の組み合わせです。

動作点の求め方：

動作点での値：

答え：
$I$-$V$ 特性曲線と負荷線の交点（動作点）から $V_0$ と $I_0$ を読み取り、$P = V_0 I_0$ で電力を求める。

補足：キルヒホッフの法則

第1法則（電流則）：ノードに流入する電流の和 = 流出する電流の和。

第2法則（電圧則）：閉じた回路を一周すると起電力の和 = 電圧降下の和。

$$\sum V_{\text{emf}} = \sum IR$$

Point

非直線抵抗の問題はグラフの交点で解く。負荷線の傾きは $-1/R$、$V$ 切片は $E$。

起電力 $E = 6.0$ V、内部抵抗 $R = 20$ Ω の電源に、非直線抵抗（電球）を直列接続したとき、負荷線 $I = (E - V)/R$ は以下の2点を結びます：

負荷線の端点：

$$V = 0 \text{ V}, \quad I = \frac{E}{R} = \frac{6.0}{20} = 0.30 \text{ A}$$ $$V = E = 6.0 \text{ V}, \quad I = 0 \text{ A}$$

動作点（特性曲線との交点例）：電球の I-V 曲線との交点が $V_0 = 4.0$ V, $I_0 = 0.10$ A だったとします。このとき電球の消費電力：

$$P = V_0 I_0 = 4.0 \times 0.10 = 0.40 \text{ W}$$

電球以外（R での消費）：

$$P_R = I_0^2 R = (0.10)^2 \times 20 = 0.20 \text{ W}$$

全電源電力は $P_E = E I_0 = 6.0 \times 0.10 = 0.60$ W で、電球と抵抗の和 $0.40 + 0.20 = 0.60$ W と一致します。

基本問題419 電流－電圧特性曲線