電流計に流せる電流は最大 50 mA しかありません。500 mA を測りたいなら、残りの 450 mA を別の道(分流器)に逃がす必要があります。水路の分岐と同じで、電流計の横にバイパス水路を作るイメージです。抵抗が小さいバイパスほど多くの電流がそちらに流れます。
与えられた値:
倍率を求める:
$$n = \frac{I}{I_g} = \frac{500}{50} = 10$$分流器の抵抗を求める:
分流器 \(R_s\) は電流計と並列に接続するので、両端の電圧が等しい:
$$I_g \cdot r_a = I_s \cdot R_s$$分流器に流れる電流は \(I_s = I - I_g = 500 - 50 = 450\) mA なので:
$$R_s = \frac{I_g \cdot r_a}{I_s} = \frac{I_g \cdot r_a}{I - I_g} = \frac{r_a}{n - 1}$$ $$R_s = \frac{9.0}{10 - 1} = \frac{9.0}{9} = 1.0 \text{ Ω}$$数値計算の確認:抵抗 10 Ω に電流 0.50 A が流れるとき、電圧は \(V = IR = 0.50 \times 10 = 5.0\) V、消費電力は \(P = I^2 R = 0.50^2 \times 10 = 2.5\) W です。
電流計と分流器の並列合成抵抗を \(R_{\parallel}\) とすると、最大電流 \(I = 500\) mA のときに電流計に \(I_g = 50\) mA が流れる条件から:
$$R_{\parallel} = \frac{r_a \cdot R_s}{r_a + R_s}$$電流計を流れる電流と全電流の比は:
$$\frac{I_g}{I} = \frac{R_s}{r_a + R_s}$$ $$\frac{50}{500} = \frac{R_s}{9.0 + R_s}$$ $$9.0 + R_s = 10 R_s$$ $$R_s = 1.0 \text{ Ω}$$倍率 \(n = 10\) のとき、全電流の \(\dfrac{1}{10}\) だけが電流計に流れ、残りの \(\dfrac{9}{10}\) が分流器に流れます。並列回路では抵抗が小さい方に多くの電流が流れるので、分流器の抵抗は電流計の内部抵抗より十分小さくなければなりません。
一般に \(R_s = \dfrac{r_a}{n - 1}\) なので、倍率 \(n\) が大きいほど \(R_s\) は小さくなります。
分流器は電流計に並列に接続する低抵抗です。公式 \(R_s = \dfrac{r_a}{n-1}\) を覚えましょう(\(n\) は倍率)。並列接続では両端の電圧が等しいこと(\(I_g r_a = I_s R_s\))から導出できます。電圧計の倍率器(直列接続)との違いも整理しておきましょう。