なぜ抵抗器が「必要」なのですか（理由ではなく、抵抗器の動作を理解しています...）？[閉まっている]

私は常に電子機器の基本的な理解がありました。Arduinoをテストプラットフォームとして使用して、もう少し学習を始めていますが、研究では解決できないと思われる抵抗について質問があります。

なぜ使用するのですか？電流が制限されることを理解しています。（LEDの場合、電流が大きすぎると、それが加熱されて燃焼します。）しかし、これはどのように測定/計算/選択されますか？私は、LEDの使用事例やLEDの使用方法について具体的に尋ねているわけではありません。物理レベルで「なぜ」抵抗が必要かを理解しようとしています。

1. 使用されていない残りの電流はどうなりますか（抵抗器のため）？
2. その場合、LEDは回路で利用可能な電流をすべて使用しますか？そうでない場合、残りはどこに行きますか？（電源にリサイクルされますか？）
3. LEDが一定量「電圧を下げる」のはなぜですか？そして、直列の残りのコンポーネントはどうなりますか？すべてのコンポーネントの電圧降下は、何もなくなるまで続きますか？これは理にかなっていますが、LEDには内部抵抗がないため（説明されています）、なぜ電圧を下げるのですか？
4. 私は最近、ビデオを見て、抵抗器を説明している人が12 V→抵抗器→LED --- 0 Vを示すスケッチを描いたサーキットの終わり？YouTubeビデオ
5. 端子を直接接続するとバッテリーが完全に短絡するのはなぜですか。電球（抵抗）を追加しても、そうではありません。
6. 私は何時間も研究を行ってきましたが、抵抗器が何をするのか理解していますが、なぜそれが必要なのかわかりません（バッテリーを完全に短絡させないために？...陽極に戻りますか？）
7. 同じバッテリーで異なる電球が機能するのはなぜですか（抵抗が異なるが、デッドショートがないのですか？）

私はこれらの質問が広範であることを知っており、それぞれの質問に対する回答を個別に探しているわけではありません。回路に抵抗が必要な理由の概念をしっかりと把握していないことを示すために、これらの複数の質問に言及しています。これは答えるべき質問でしょう。

回路を通る電力の流れを理解するには、調整が必要です。

1.回路を流れる電力の量は、バッテリーまたは電源から取られ、その回路を流れる電流の量に依存します。

2.回路を流れる電流の量は、回路の導電性によって決まります。回路の抵抗が高い場合、導電性が低くなり、流れる電流/電力が少なくなります。

だから、これら2つをまとめてあなたの質問を見て...

1.使用されていない残りの電流はどうなりますか（抵抗器のため）？

「電流の残り」はありません。電流は回路の抵抗によって定義されます。

2.LEDは回路で利用可能な電流のすべてを使用しますか？そうでない場合、残りはどこに行きますか？（電源にリサイクルされますか？）

繰り返しますが、LEDとその抵抗は、消費する電流を定義します。「休憩」はありません。

3.LEDが一定量「電圧を下げる」のはなぜですか？そして、直列の残りのコンポーネントはどうなりますか？すべてのコンポーネントの電圧降下は、何もなくなるまで続きますか？

LEDには、所定の電流でほぼ一定の順方向電圧があります。残りの電圧は抵抗器で降下します。これは、LEDを流れる電流を定義します。

4.最近、ビデオを見て、抵抗器を説明する男が12v->抵抗器-> LED --- 0Vを示すスケッチを描いた（「すべての電流/電圧を使い果たす」程度まで抵抗器を選択しますかサーキットの終わりに到達する前に？Youtube Video

どの直列回路でも、印加電圧はその直列回路の要素間で分割されます。電流は、回路要素が要求するものによって定義され、直列回路全体で一定です。

電圧は、電子が2点間を流れる可能性の単なる測定値であることに注意してください。これは常に2点間で測定され、0ボルトの値は、同じ2点間で電流が流れないことを示しています。

5.端子を直接接続するとバッテリーが完全に短絡するのはなぜですか？電球（抵抗器）を追加しても、そうではありませんか？

デッドショートの抵抗は実質的にゼロであり、電源から多くの電流が流れます。電球には抵抗があり、電流ははるかに少なくなります。

6.私は何時間も研究を行ってきましたが、抵抗器が何をするのかは理解していますが、なぜそれが必要なのかわかりません（バッテリーを完全に短絡させないために？..陽極に戻りますか？）

抵抗は、直列回路を介して電流を設定し、電圧レベルを調整するために必要です。それらは、周波数フィルター、発振器などの一部など、他の機能にも使用されます。

7.同じバッテリーで異なる電球が機能するのはなぜですか（抵抗が異なるが、デッドショートがないのですか？）

異なる電球には異なる抵抗があります。

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このすべてを理解するには、オームの法則とキルヒホフの電圧法をよく理解する必要があります。

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編集：コメントの質問を追加します。コメントの質問はそれ自体で有用であり、移行される可能性があるためです。

「600mAHの電源に直接LEDを置くと、使用可能なすべて（600maH）のLEDを「使用」します。その後、抵抗を調整して十分な電流に抵抗するように調整しますか？必要なものだけをLED？

600mAhの電源は、ここではあまり意味がありません。mAhは、一定の時間内にバッテリーがどれだけ充電し、効果的に総電力を供給するかの尺度です。回路の電流が1mAの場合、バッテリーは600時間持続します。回路が1Aの場合、バッテリーは36分間しか持続しません。単位に注意してください... mA *時間。

同じ技術と電圧のより大きなバッテリーには、より多くのmAhがあります。

いつでもどれだけの電力を供給できるかは、バッテリーの終端抵抗とバッテリー内部の化学反応の速さに依存します。3.7V 600mAhリチウムイオンバッテリーは、1.5V 600mAhアルカリ電池よりもはるかに多くの生電力を供給します。電力とエネルギーは同じものではありません。しかし、最終的には、負荷、回路は、バッテリーからどれだけ吸い込むか、そしてどれだけ速くなるかを決定します。

あなたの車のガソリンタンクのようなバッテリーを考える必要があります。ガスがどれだけ速く下がるかは、あなたがどれだけ激しく速く走るかに依存します。600mAhは、「ガスタンク」の大きさのみを定義します。ガスは、パイプとインジェクターを介してタンクからエンジンに送らなければなりません。あなたがあまりにも多くのガスを要求する場合、それはそれらを十分に速く通過できず、エンジンはガスに飢えます。

以下は、理解しようとしているEEコンセプトの物理ベースの紹介です。

あなたの質問は一番下で答えられます。

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すべては「充電」の流れに由来します

エレクトロニクスは、その語源の電子が示すように、特定のシステムにおける電子の流れの非常に多くの研究です。

電子は、典型的な回路における電荷の基本的な「キャリア」です。つまり、ほとんどの回路で電荷が「動き回る」方法です。

電子には「負の」電荷があるという署名規則を採用しています。さらに、電子は原子（古典物理学）スケールでの電荷の最小単位を表します。これは、「素」担当と呼ばれ、前に座っているクーロン。$-1.602{\times}{10}^{-19}$

逆に、陽子は「プラス」の符号付き電荷クーロンを持ちます。$+1.602{\times}{10}^{-19}$

しかし、陽子は通常、核の強い力によって原子核内の中性子に結合しているため、それほど簡単に動き回ることができません。原子核から陽子を取り除くには（ちなみに核分裂技術の基礎）、電子を取り除くよりもはるかに多くのエネルギーが必要です。

一方、原子から電子を簡単に取り除くことができます。実際、太陽電池は、「光子」（光の粒子）が原子から「電子」を取り除くため、完全に光電効果（アインシュタインの独創的な発見の1つ）に基づいています。

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電界

すべての電荷は、空間に「無限に」電界をかけます。これは理論モデルです。

フィールドは、すべてのポイントでベクトル量（大きさと方向の両方を含む量... Despicable Meを引用する）を生成する関数です。

電子は電界視野点の各点におけるベクトル作成向かっクーロンの法則に応じた大きさと電子（方向）。

$$\lvert \vec E\rvert~~=~~\underbrace{\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}}_{ \begin{array}{c} \text{constant} \\ \text{factor} \end{array} }~~\underbrace{\frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}}_{ \begin{array}{c} \text{focus on} \\ \text{this part} \end{array} }$$

方向は次のように視覚化できます。

これらの方向と大きさは、正の試験電荷にかかる力（方向と大きさ）に基づいて決定されます。言い換えれば、磁力線は、テストの正電荷が受ける方向と大きさを表します。

負の電荷は、反対方向に同じ大きさの力を経験します。

この慣例により、電子が電子に近い場合、または陽子が陽子に近い場合、反発します。

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重ね合わせ：料金の徴収

特定のポイントの領域内のすべての電荷によって個別に作用するすべての電界を合計すると、そのポイントですべての電荷によって作用する合計電界が得られます。

これは、単一のオブジェクトに作用する複数の力で運動学の問題を解決するために使用される重ね合わせの同じ原理に従います。

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正電荷とは、電子が存在しないことです。負電荷は電子の余剰です

これは、固体材料を介した電荷の流れを扱う電子機器に特に当てはまります。

繰り返しますが、エレクトロニクスとは、電荷キャリアとしての電子の流れの研究です。陽子は一次電荷キャリアではありません。

繰り返しますが、回路の場合、電子は動きますが、陽子は動きません。

ただし、「仮想」正電荷は、回路の領域に電子が存在しないために発生する可能性があります。これは、その領域が電子よりも多くの純プロトンを持っているためです。

陽子と中性子が軌道を回る電子に囲まれた小さな核を占めるダルトンの価電子モデルを思い出してください。

最も外側の「原子価」シェルの原子核から最も遠い電子は、電界強度が距離の2乗に反比例することを示すクーロンの法則に基づいて原子核に対して最も弱い引力を持ちます。

プレートまたは他の材料に電荷を蓄積することにより（たとえば、古き良き時代のようにそれらを激しく擦ることにより）、電場を生成することができます。この電界に電子を配置すると、電子は巨視的に電界線と反対の方向に移動します。

注：量子力学とブラウン運動が説明するように、個々の電子の実際の軌道は非常にランダムです。ただし、すべての電子は、電場によって示される力に基づいて巨視的な「平均」運動を示します。

したがって、電子の巨視的サンプルが電界にどのように応答するかを正確に計算できます。

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電位

$\lvert \vec E\rvert$

$$\lvert \vec E\rvert = \frac{1}{4\pi\epsilon_{0}} \frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}$$

$r \to 0$$\lvert \vec E\rvert \to \infty$

$r \to \infty$$\lvert \vec E\rvert \to 0$

次に、惑星の例えを考えてみましょう。惑星の総累積質量が増加すると、その重力も増加します。惑星の質量に含まれるすべての物質の引力の重ね合わせにより、引力が引かれます。

$\left(M_{\text{planet}} \gg m_{\text{you}}\right)$

重力ポテンシャルは、惑星の重心からの距離によってオブジェクトが持つポテンシャルの量であることを運動学から思い出してください。惑星の重心は、点重力源として扱うことができます。

$q$

重力ポテンシャルの場合、重力場は惑星から無限に離れてゼロであると仮定します。

$m$$\vec g_{\text{planet}}$

$q_{\text{source}}$$\vec E_{\text{source}}$$r$

これは次の結果になります。

• $\vec E$
• $\vec E$
• $\vec E$
• $\vec E$

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導体の電位

「電子の海」を持つ銅や金などの導体または遷移金属のモデルを検討してください。この「海」は、より疎結合であり、複数の原子間で一種の「共有」である価電子で構成されています。

これらの「ゆるい」電子に電場をかけると、巨視的には特定の方向に時間とともに移動する傾向があります。

電子は電界の反対方向に移動することを忘れないでください。

同様に、ある長さの導線を正の電荷の近くに配置すると、導線の長さ方向に電荷勾配が生じます。

ワイヤ上の任意のポイントでの電荷は、ソース電荷からの距離と、ワイヤで使用される材料の既知の属性を使用して計算できます。

電子の不在による正電荷は、正のソース電荷から遠く離れて表示されますが、電子の収集と余剰による負電荷は、ソース電荷の近くに形成されます。

電界のため、導体上の2点間に「電位差」が現れます。これは、電界が回路内で電圧を生成する方法です。

電圧は、電界内の2点間の電位差として定義されます。

最終的に、ワイヤの長さに沿った電荷分布は電界と「平衡」に達します。これは、電荷の移動が停止することを意味するものではありません（ブラウン運動を思い出してください）。電荷の「ネット」または「平均」移動がゼロに近づくことのみ。

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理想的でないバッテリー

ガルバニ電池またはボルタ電池の電源を作りましょう。

$\left(\text{NH}_{4}\right)\left(\text{NO}_{3}\right)$

$\text{NH}_{4}^{+}$$\text{NO}_{3}^{-}$

便利な用語：

• 陽イオン：正に帯電したイオン
• 陰イオン：負に帯電したイオン
• 陰極：陽イオンは陰極に蓄積します
• 陽極：陽極に陰イオンが蓄積する

便利なニーモニック：「an ion」は「an ion」は「AN egative ion」

上記の亜鉛銅電池の反応を調べた場合：

$$\text{Zn}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}~~+~~\text{Cu}^{2+} \quad\longrightarrow\quad \text{Zn}^{2+}~~+~~\text{Cu}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}$$

$\text{Zn}^{2+}$$\text{Cu}^{2+}$

注：前に、正電荷は電子の「不在」であると述べました。陽イオン（陽イオン）は、電子を除去すると核内の陽子により正味の正の原子電荷が生じるため、陽です。これらの陽イオンは、ガルバニ電池の溶液内で可動性がありますが、ご覧のとおり、イオンは電池の両側を接続する導電性ブリッジを通過しません。つまり、電子のみが導体を通過します。

正の陽イオンが移動して陰極に向かって蓄積するという事実に基づいて、負のラベルを付けます（正の電荷は負に引き付けられます）。

逆に、電子は陽極に向かって移動し、陽極に蓄積するため、正とラベル付けします（負の電荷は正に引き付けられます）。

$\textbf{+}$$\textbf{-}$

これは、電流が断面積を通る仮想正電荷の流れとして定義されるためです。慣例により、電子は常に電流と逆向きに流れます。

このガルバニ電池を非理想的なものにしているのは、最終的に導体を通して電界を生成し、電子と電荷を流す化学プロセスが平衡状態になることです。

これは、アノードとカソードでのイオンの蓄積により、反応がそれ以上進行しないためです。

一方、「理想的な」電源は電界強度を失うことはありません。

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理想的な電圧源は魔法のエスカレーターのようなものです

重力ポテンシャルの類推に戻りましょう。

あなたが丘の上にいて、段ボールの壁で作られた丘を下る任意の道があるとします。段ボールの壁でこの道をテニスボールを転がしたとしましょう。テニスボールがパスをたどります。

回路では、導体がパスを形成します。

さて、丘の底にエスカレーターがあるとしましょう。Rube Goldbergのマシンのように、エスカレーターは、パスを転がり落ちるテニスボールをすくい上げ、丘の頂上でパスの開始時にそれらを落とします。

エスカレーターは理想的な動力源です。

さて、テニスボールでパス全体（エスカレーターを含む）をほぼ完全に飽和させたとします。テニスボールの長い列。

パスを完全に飽和させたわけではないため、テニスボールが動くための隙間やスペースがまだあります。

エスカレーターに運ばれたテニスボールは別のボールにぶつかり、そのボールは別のボールにぶつかります...

丘の上の道を下るテニスボールは、重力の電位差によりエネルギーを獲得します。最終的に別のボールがエスカレーターに搭載されるまで、彼らはお互いにバウンドします。

テニスボールを電子と呼びましょう。丘を下って偽の段ボール「回路」を通り、次に魔法のエスカレーター「電源」を上って電子の流れをたどると、何かに気づきます。

テニスボール間の「ギャップ」は、テニスボールとまったく反対の方向（丘を上ってエスカレーターを下る方向）に移動しており、はるかに速く移動しています。ボールは自然に高電位から低電位に移動しますが、速度は比較的遅くなります。その後、彼らはエスカレーターを使用して高い可能性に戻ります。

エスカレーターの底部は事実上、バッテリーのマイナス端子、または先ほど説明したガルバニ電池のカソードです。

エスカレーターの上部は、事実上バッテリーの正極、またはガルバニ電池のアノードです。正端子の電位は高くなります。

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現在

さて、正電荷が流れる方向は電流の方向です。

現在は何ですか？

定義では、次のとおりです。1秒間に断面積を通過する電荷の量（単位：1秒あたりのクーロン）。ワイヤ/導電材料の断面積と電流密度に直接比例します。電流密度は、面積の単位を流れる電荷の量です（単位：平方メートルあたりのクーロン）。

これを考える別の方法があります：

正に帯電したボールを出入り口から吐き出すテニスボールランチャーがある場合、1秒あたりにドアを通過するボールの数によって「現在」が決まります。

どのように速く、それらのボールが移動する（またはどのくらいの運動エネルギー、彼らは壁にぶつかる時に持っている）「電圧」がされています。

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電荷と電圧の節約

これは基本原則です。

このように考えてください：電子と陽子の数は決まっています。電気回路では、物質は生成も破壊もされません...そのため、電荷は常に同じままです。テニスボールのエスカレーターの例では、ボールはただループしていました。ボールの数は固定されたままです。

言い換えれば、電荷は「消散」しません。充電を失うことはありません。

何が起こるかは、電荷がポテンシャルを失うということです。理想的な電圧源は、電荷に電位を戻します。

電圧源は電荷を生成しません。それらは電位を生成します。

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ノードに出入りする電流、抵抗

その電荷保存の原則を取り上げましょう。同様のアナロジーを水の流れに適用できます。

山に沿って分岐する川のシステムがある場合、各分岐は電気的な「ノード」に似ています。

          / BRANCH A
         /
        /
MAIN ---
        \
         \
          \ BRANCH B

-> downhill

ブランチに流入する水の量は、保全の原則によりブランチから流出する水の量と等しくなければなりません。水（電荷）は作成も破壊もされません。

ただし、特定のブランチを流れる水の量は、そのブランチがどれだけの「抵抗」をするかに依存します。

たとえば、ブランチAが非常に狭く、ブランチBが非常に広く、両方のブランチの深さが同じである場合、ブランチBの断面積は自然に大きくなります。

これは、ブランチBの抵抗が小さくなり、1単位の時間でより多くの水がブランチBを流れることができることを意味します。

これは、キルコフの現在の法則を説明しています。

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あなたはまだここにいる？驚くばかり！

1.使用されていない残りの電流はどうなりますか？

保存原理のため、ノードへのすべての電荷は流出する必要があります。current は使用されていないため、「未使用」の電流はありません。単一の直列回路で電流に変化はありません。

ただし、異なる量の電流は、異なる分岐の抵抗に応じて、並列回路の電気ノードの異なる分岐に流れます。

2. LEDはすべての電流を使用しますか？

技術的には、電流（単位時間内にLEDまたは抵抗器を通過する電荷量）の低下がないため、LEDおよび抵抗器は電流を「使用」しません。これは、直列回路に適用される電荷​​の保存のためです。回路全体で電荷の損失がないため、電流が低下しません。

電流（充電）の量は、iv曲線で説明されているように、LEDと抵抗の動作によって決まります。

3.なぜLEDは一定量「電圧を下げる」のですか？

これが基本的なLED回路です。

LEDには、通常約1.8〜3.3 Vの活性化電圧があります。活性化電圧を満たしていない場合、実際には電流は流れません。以下にリンクされているLED iv曲線を参照してください。

LEDの極性と反対の方向に電流を流そうとすると、LEDは「逆バイアス」モードで動作し、電流はほとんど流れません。LEDの通常の動作モードは順バイアスモードです。逆バイアスモードの特定のポイントを超えると、LEDは「故障」します。ダイオードのivグラフをご覧ください。

LEDは実際にはPN接合です（pドープとnドープのシリコンが一緒に押しつぶされています）。ドープされたシリコンのフェルミレベル（ドープされた材料の電子バンドギャップに依存）に基づいて、電子は別のエネルギーレベルにジャンプするために非常に特定の量の活性化エネルギーを必要とします。その後、エネルギーは非常に特定の波長/周波数の光子として放射され、より低いレベルに戻ります。

これは、フィラメントやCFL電球と比較して、LEDの高効率（LEDによって消費されるエネルギーの90％以上が熱ではなく光に変換される）を説明しています。

これが、LED照明が「人工的」に見える理由でもあります。自然光には、幅広い周波数スペクトルが比較的均一に混合されています。LEDは非常に特定の周波数の光の組み合わせを放出します。

エネルギーレベルは、LED（または他のダイオード）の電圧降下が、より多くの電流が流れても効果的に「固定」される理由も説明します。LEDまたは他のダイオードのiv曲線を調べます。活性化電圧を超えると、電流がわずかに電圧を上昇させてLOTを増加させます。本質的に、LEDは物理的に劣化するまで、可能な限り多くの電流を流そうとします。

これは、インライン電流制限抵抗を使用して、ダイオード/ LEDを流れる電流をLED仕様に基づいて特定の定格ミリアンペアに制限する理由でもあります。

3（b）。そして、直列の残りのコンポーネントはどうなりますか？すべてのコンポーネントの電圧降下は、何もなくなるまで続きますか？

うん、キルヒホフの電圧法則は、回路の周りのループ内のすべての電圧降下の合計がゼロであるということです。単純な直列回路では、ループは1つだけです。

4.回路の終わりに達する前に、「すべての電流/電圧を使い果たす」程度に抵抗を選択しますか？

いいえ。LED電流定格（30 mA = 0.03 Aなど）とLED回路の記事に記載されているオームの法則に基づいて抵抗器を選択します。

電圧が使い果たされます。電流は、単一の直列回路を通して同じままです。

5.ターミナルを直接接続するとバッテリーが完全に短絡するのはなぜですか。電球（抵抗）を追加しても、そうではありません。

「デッドショート」とはどういう意味かわかりません。

バッテリーの端子を接続すると、バッテリーの電圧で大きな電流が放電されます。その電圧は、バッテリーの内部抵抗と熱の形の導線を介して消費されます。これは、導線にも抵抗があるためです。

これが、短絡したバッテリーが非常に熱くなる理由です。その熱は、爆発するまで化学電池の組成に悪影響を及ぼす可能性があります。

6.なぜ抵抗器が必要ですか？

レトリックは次のとおりです。この素晴らしいコンサートがあると想像してください。あなたの好きなバンドはすべてそこにいるでしょう。それは圧倒的な楽しい時間になるだろう。

イベント主催者には現実の概念がないとしましょう。したがって、彼らはこの素晴らしいコンサートへの参加料をほぼ完全に無料にします。彼らは非常にアクセスしやすい場所にそれを置きました。実際、彼らはとても乱雑で、売り過ぎても気にしませんし、チケットを買う人全員に十分な席がありません。

ああ、これはニューヨークにあります。

非常に迅速に、この素​​晴らしいコンサートは完全な災害に変わります。人々はお互いに座って、どこでもビールをこぼしています。戦いが勃発し、トイレが詰まり、グルーピーがみんなを驚かせています。そして、何よりも騒ぎの音楽を聞くことができます。

あなたのLEDをその素晴らしいコンサートと考えてください。そして、みんなと彼らのお母さんがコンサートに現れるのを防ぐためにそこにもっと抵抗がなければ、あなたのLEDがどのように混乱するかを考えてください。

この馬鹿げた例では、「抵抗」は「参入コスト」に変換されます。単純な経済原理により、コンサートの費用を引き上げると、出席する人の数が減ります。

同様に、回路の抵抗を上げると、電荷（およびその後の電流）が流れなくなります。これは、LED（コンサート）がすべての人（充電）によって完全に破壊されないことを意味します。

ええ、電気工学は本当のパーティーです。

基本的な電気を理解する最も簡単な方法は何ですか？次のような「ホットボタン」の問題に集中してください。あなたの精神的な概念を修正し、すべてが所定の位置にスナップし、理にかなっています。

導体は、「可動電気」で構成される材料です。 彼らは電気を通さず、代わりに電気を含んでおり、電気は動くことができます。コンダクターの広範囲にわたる誤った定義に注意してください。

間違った例： 空の水道管のように、導体は電流に対して透過的ですか？いや。

正しい： すべての導体には、水で満たされたパイプのような移動可能な電荷が含まれています。

ワイヤは事前に充填されたホースのようなもので、金属の電子はすでにホース内にある水のようなものです。金属では、原子自身の電子が絶えず跳ね回っており、金属バルク全体で「軌道を回っています」。すべての金属には、液体のような可動電気の「海」が含まれています。そのため、いくつかの金属線を円に引っ掛けると、一種の隠された駆動ベルトまたはフライホイールが作成されます。ループが形成されると、円形の「電気ベルト」は金属内を自由に移動できます。（ワイヤーサークルをつかんで揺らすと、ワイヤーが水で満たされたホースであるかのように、実際には慣性によって小さな電流が生成されます。検索：トルマン効果。）

電流の経路は、電源を含む完全な円です。 電源は電子を供給しません。（言い換えれば、円には始まりがありません。それは、可動フライホイールのようなループです。）可動電子は、ワイヤ自体によって寄与されます。電源は単なる電気ポンプです。電流の経路は電源を通り抜けて戻ります。電源は閉ループの別の一部にすぎません。

電流はかなり遅い流れです。 しかし、車輪や駆動ベルトのように、車輪の一部を押すと、車輪全体が一体となって動きます。ゴム製の駆動ベルトを使用して、瞬時に機械的エネルギーを伝達できます。電気の閉ループを使用して、電気エネルギーをループの任意の部分に即座に転送できます。しかし、ループ自体は光速で移動しません！ループ自体はゆっくり動きます。また、ACシステムの場合、ループは前後に動き、エネルギーは連続的に進みます。大きなヒント：電子が速いほど、アンプは高くなります。ゼロアンペア？そのとき、ワイヤ自体の電子が停止します。別のヒント：電気エネルギーは波であり、電子は波が伝わる「媒体」です。媒体は前後に揺れ動きますが、波は早送りで伝播します。または、中程度の速度で動き、ゆっくりと動き、一方、波は非常に急速に進みます。（つまり、単一の「電気」は存在しません。回路内を移動するのは常に2つの別個のものであるためです。電子の遅い円形電流と、電磁エネルギーの高速一方向伝搬です。 、そして電流がループ状に流れる間、エネルギーはソースから消費者へ一方向に流れます。

バッテリーは電気を蓄えません。 彼らは電気を蓄えません。彼らは電気エネルギーさえ貯えません。代わりに、バッテリーは、リチウム、亜鉛、鉛などの非腐食性金属の形で化学「燃料」のみを保存します。しかし、バッテリーはどのように機能しますか？簡単：バッテリーは化学的に駆動されるチャージポンプです。 それらの金属板が腐食するにつれて、化学エネルギーが放出され、それらは自分自身を通して電気を送り出します。現在のパスは通じバッテリーを再び取り出します。（ポンプは、汲み上げられるものの保管には使用されません！）そして、バッテリーの「容量」は、内部の化学燃料の量にすぎません。特定の量の燃料は、燃料が使い果たされる前に特定の総量の電子をポンピングできます。（ガロンではなく、何マイルもの距離でガソリンタンクを評価するようなものです。ガソリンタンクはマイルを保存せず、バッテリーは電気を保存しません！）充電可能なバッテリーですか？そのとき、私たちはそれらを強制的に逆方向に実行するので、内部の「排気生成物」は燃料に戻されます。腐食化合物は再び金属に戻ります。

抵抗器は電気を消費しません。 電球がオンになると、新しい電子がフィラメントの一方の端に入ると、それ自体の電子が動き始めますが、同時に他の電子が遠端から出ます。フィラメントは、駆動ベルトのように動く完全な電子の輪の一部です。加熱効果は、回転するタイヤのリムに親指を押し付けるときのような摩擦です。（親指はゴムを消費せず、代わりに摩擦で加熱されます。電球は電子を消費せず、移動する電子を「擦り」、摩擦で加熱します。）抵抗は単なる摩擦デバイスです。電子の経路は通過しており、電子が消費されたり失われたりすることはありません。電子が速いほど、アンペアが高くなり、加熱が大きくなることに注意してください。「低」電流は、遅い電気です。

私も初心者ですが、あなたの質問に答えてみてください：

1. 電流の「残り」はありません。電流は必要なだけ使用されます。+（VCC）から-（GND）にワイヤを接続すると、短絡が発生します。電子がどれだけ速く走れるかについてはブレーキがないので、それを見てください。

2. 抵抗がない場合、LEDは電子を可能な限り高速の「速度」で使用します。これは多すぎるので、LEDは燃えます（遅かれ早かれ）。

3. 私はそれが落ちる理由を知りません、おそらくLEDの内部メカニズムはいくらかの電圧を使用させます。これは、残りの電圧が少ないことを意味します。そして、はい、何もなくなるまで続きます。これにより、さらにLEDがまったく点灯しないか、点滅/不規則な動作または暗くなります。

4. 実際には、LEDの明るさを計算する必要があります。したがって、抵抗を大きくすると、LEDの輝度が低下します。

5. 電球には内部抵抗があるため、抵抗は必要ありません。

6. バッテリーを消費せず、電子の流れを遅くするだけです（少なくとも簡単に類推できます）。

7. 各電球には内部抵抗があるため、短絡は発生しません。電圧を使いすぎると破損します。

電気水モデルについてお読みください。電流を周囲の水と比較し、電流や電圧などの用語の意味とそれらがどのように作用するかを理解するのに役立ちます。

編集
このモデルに言及したのは、いくつかのことを理解するのに大いに役立つからです。
laptop2dは正しい、説明は「それを探しに行く」より良い。しかし、ここですべてを説明するのは、他のサイトがすでに適切に行っているのに、かなり長いです。私は専門家ではないので、英語で物事を説明することも最良のアイデアではないかもしれません...しかし、試してみましょう。

私が間違っている場合は修正してください！

電気を上の水タンク-源-と下の水タンク-流しと比較してください。上のタンクには、パイプを通って下のタンクに流れ込む水があります。これはあなたのバッテリーです。バッテリーの充電とは、下のタンクから上のタンクに水を入れることを意味します。空の上部タンクを持つことは空のバッテリーです。
上から下へのパイプ、つまりワイヤーがあると想像してください。
水はパイプを流下したい-バッテリーはワイヤに電流を発生させたい
パイプ内のバルブはスイッチと比較されます。
バルブを半分まで開くことは、抵抗として理解できます。それは水の流れを制限します。
水車は消費者であり、抵抗器でもあります。水の流れも制限します。抵抗を作成するためにバルブをさらに使用する場合、ホイールの回転速度を制御できます。
2つのタンク間の水圧が電圧です。配置されたタンクが高いほど、下部タンクに比べて圧力が高くなります。
パイプを1秒間に流れる水の量が電流です。ここの時間に注意してください！
水圧、抵抗、流れる水の量は互いに依存します。これがオームの法則です。間に幅の広いパイプがあると、水が制御不能に重くなり、短絡します。タンクとパイプが損傷する可能性があります。

このモデルを使用すると、おそらく物事をよりよく理解できます。たとえば、ホイールを流れていない水はどこにも行きません。後で使用するためにタンクで待機します。

これまでの回答は、問題の特定の例に焦点を当てていましたが、その範囲はすべてかなり制限されています。実際の誤解は、従来のアナログ回路よりもデジタルロジックに精通していることに起因すると考えられます（これらの限られた例につながります）。

単純に、デジタル回路（MPUなど）は、「ハード」オン/オフスイッチング要素だけで構築できます。消費電力を改善するために、集積回路はこのように構築されています。

（または回路がアナログになったときの抵抗は重要であり、実際の一部の人々はそれを表現する可能性があるため）。信号のサイズが重要な場合は、ほとんどの場合抵抗器が関係しています。

• 古典的なオペアンプ回路（ゲインが-1でない場合）は、抵抗の比率に依存します。
• A / DおよびD / Aコンバーターはおそらく抵抗を使用します。
• デフォルトの状態制御（プルアップ/プルダウン）は抵抗を使用します。
• 単純なタイミング回路はRCネットワークを使用します。リセット遅延回路でこれを確認できます。
• バッテリーの充電、電圧、および電流のレギュレーションでは、質問で特定されているように、さまざまなタイプのフィードバックおよび安定化機能で抵抗を使用します。

現代の多くの回路のアナログ的な側面は、隠されているか、あらかじめパッケージ化されたモジュールに含まれています。デジタル設計の出現により、単純なアナログの概念を理解する機会が減りました。

TL; LEDの特定の場合のDR（尋ねられたとおり）：

何らかの説明の抵抗器ではないDC定電圧電源（バッテリーなど）に接続されている負荷は、バッテリーからエネルギーを引き出すことができないか、短絡します。

電球、スペースヒーター、オーブンなど、一部の電気的負荷は本質的に抵抗として動作します（電子部品のようには見えない抵抗です）。これらは、正しく設計されていれば、定電圧源（バッテリー、主電源、ほとんどの電源）から給電されると、電力消費を自己調整します。

一部の（モーター、トランスなど）は、抵抗器ではありませんが、定電圧ACに接続した場合と同等の動作をします電源。

他の負荷（LED、裸の蛍光灯など）は、それ自体では抵抗器として動作せず、独自の電力消費を調整できません。定電圧源から給電されたときに。これらの負荷の理想的な電源は定電流源であり、定電圧電源を定電流電源のように十分に動作させるために、それらの周りに必要な追加コンポーネントがあります。

すでに投稿された回答が何らかの説明を与えることを願っていますが、見逃さない限り、カバーされていない質問が1つありました。「端末を直接接続して電球を追加すると、なぜバッテリーが完全にショートするのか（抵抗器）、そうではありませんか？」

実際、寒いとき（つまり、点灯していないとき）、白熱灯は非常に近く（P = IV）、したがって加熱されます（余談ですが、バッテリーは同じ電位差とまったく同じ電流を経験するため、過熱します） -しかし、ランプはタングステン線の小さなコイル状のスライバーですが、後者は非常に重い物体ですので、後者ははるかに多く加熱されます）。は完全に短絡しています。その抵抗は非常に低いですが、通常、接続されているワイヤよりもはるかに多くなります。そのため、抵抗のない回路では非常に低い値の抵抗として状況を近似できます。そのため、バッテリーが最初に接続されると、その電位差（電圧）全体がランプの小さな抵抗で低下し、大電流になります（オームの法則）。コンポーネント全体に大電流でほぼ安定した電圧がある場合、多くの電力を消費します電力

しかし、ランプについてのことは、その抵抗が温度に依存するということです。通常、私たちが通常扱う温度範囲は狭いため、それ自体はあまり現れない現象ではありませんが、ランプフィラメントは3000K以上になり、タングステンの場合、温度とともに抵抗が増加します。そのため、バッテリーが接続された後にフィラメントの温度が安定すると、その輝きと抵抗と同様に、かなり大きな抵抗器のように機能します。実際、これを自分で測定することができます：DMMの抵抗設定を使用して、ランプの端子間の抵抗を測定し（DMMはこれに非常に低い電圧を使用し、ランプの点灯に近づきません）、バッテリーに接続されている場合、ランプの両端の電圧とランプを流れる電流の両方を測定します。次に、これら2つの数値（V / I = R）でオームの法則を使用すると、ランプが点灯していないときよりもはるかに高い抵抗値が得られます。実際、点灯していないランプの抵抗は非常に低いため、DMMのプローブとランプの端子間の接触の質が重要になり、安定した測定値に到達するのに苦労する場合があります。

他の誰かが言ったように、小さなバッテリーを短絡しても、バッテリーの内部実効抵抗がかなり小さいため、使用するワイヤーがすぐには溶けません。それを測定するには、最初に小さな抵抗（たとえば、9Vバッテリーの場合は25オーム）でVとIの読み取り値を取得し、次にバッテリーに負荷をかけずにVの読み取り値を取得します。存在する抵抗で測定する電圧は、DMMがそれ自体で読み取る開回路に近い電圧よりもわずかに低いことに注意してください。抵抗を接続した状態で読み取った電流で割った電圧差が、バッテリーの有効な内部抵抗です。

まず第一に、あなたは時々大電流から要素を保護する必要があります。たとえば、9ボルトのバッテリーにダイオードを接続した場合、正しい方法で接続すると（Aオン+、Cオン-）、電流によってダイオードが破壊されます。それを避けるために、600オームの抵抗を差し込んで両端の電圧の一部を取るため、LEDの両端に小さな電圧（LEDの場合は+-3.3ボルト）が表示されます。

第二に、電源を常に選択することはできません。「ICコンバーターとトランスフォーマーがあります」と言うことができますが、それはコストがかかり、操作が難しいため、単に実用的ではありません（理想的なトランスフォーマーと実際のトランスフォーマーとその重量の違いは言うまでもありません）。また、トランスフォーマーのワイヤーロールの数を変更できないため、はるかに実用的なダイナミック抵抗器（抵抗値を変更する抵抗器-これが用語でない場合は申し訳ありませんが、ロシア語で電子工学の高校1年生のみです）があります。

この質問の性質から判断すると、私はあなたがただ電子機器に慣れていると推測しているので、あなたは何が何をするのかを心配する必要はありません。最も重要なのは壁を学ぶだけです-最も重要なことは、電流の仕組みと電圧の仕組みを理解することです。残りは続きます。あなたが焦点を当てるべき他の事柄は要素を理解することです。壁が最初になり、要素が2番目になります...理論を学ぶと、LSICを操作し、手を汚すことができます。または、Arduinoなどで作業を開始できます。私はOSOYOを持っていますが、それはすごいです。（この投稿はarduinoによってブランド化されていません）

これも忘れないでください：

電流は抵抗の電圧に等しい。

単位と評価について理解しておくと役立つ場合があります。

• mAhミリアンペア時。電荷の尺度。それ自体では、多くを語っていません。バッテリーの定格として、バッテリーの公称電圧と組み合わせて、バッテリーが蓄えることができるエネルギーの尺度として意味を持ちます。ミリアンペア時間は、1時間流れる1ミリアンペアの電流で表される電荷​​量です。
• Aアンプ（またはアンペア）。電流の測定値-電荷の流量。
• V電圧。これは可能性の尺度です。繰り返しますが、それ自体はバッテリーの完全な仕様ではありませんが、重要な仕様です。理想的なバッテリーは、指定された電圧を維持し、その端子の電圧を維持するために必要なだけの電流を回路に供給します。実際のバッテリーには内部抵抗があるため、「開回路」（無負荷）電圧になります。負荷が増加すると電圧が低下します（回路により多くの電流を供給する必要があります）。ほとんどの実際のバッテリーが消耗すると、電圧も低下します。充電状態と開回路電圧の関係は、バッテリーの設計と化学的性質に依存します。「短絡回路」電流とは、内部抵抗によってのみ制限される場合にバッテリーが供給する電流の量です。
• W-ワット。これは電力の測定値です（一定期間に供給されるエネルギーの割合）。ワットは機械的または電力を測定できます。いずれにせよ、それは仕事が行われる割合です。電気的には、電力は電圧と電流の積です（ボルトxアンペア）。
• kWh-キロワット時。これはエネルギーの尺度です。キロワット時は、1時間で供給される1,000ワットの電力、または1000時間で供給される1ワットの電力、100時間で10ワットなどを表します（ワットx時間）。
• オーム-抵抗。理想的な抵抗は、通過する電流とその端子に印加される電圧との間に比例関係を示します。電圧を2倍にし、電流を2倍にします（またはその逆）。この関係は、2つの方法のいずれかで動作していると見なすことができます。抵抗に特定の電圧を印加すると、定義された量の電流が流れます。特定の量の電流を抵抗器に流すと、定義された電圧降下が発生します。いずれにせよ、抵抗の値は、端子間の電圧とそれを通る電流との間に固定関係を確立します。回路を分析するとき、他の2つがわかっている場合、これを使用して3つの値（電流、電圧、抵抗）のいずれかを解決できます。オーム=ボルト/アンペア、またはアンペア=ボルト/オーム、またはボルト=アンペアxオーム。実際の抵抗器には追加の定格があります。ワット数-これは、抵抗器がそれ自体を破壊することなく消費できる電力量です。1オームの抵抗に1ボルトを印加すると、1アンペアの電流が流れ、1ワットの電力を熱として放散します。電圧を2倍にすると電流も2倍になりますが、この1オームの抵抗器は2V x 2A = 4Wの電力を熱として消費します。この定格に達していない場合、または物理的な設計がこの熱の除去を許可していない場合、過熱し、燃え尽きて、潜在的に火災を引き起こします。しかし、この1オームの抵抗器は、熱として2V x 2A = 4Wの電力を消費します。この定格に達していない場合、または物理的な設計がこの熱の除去を許可していない場合、過熱し、燃え尽きて、潜在的に火災を引き起こします。しかし、この1オームの抵抗器は、熱として2V x 2A = 4Wの電力を消費します。この定格に達していない場合、または物理的な設計がこの熱の除去を許可していない場合、過熱し、燃え尽きて、潜在的に火災を引き起こします。

回路を分析すると、「既知」と「不明」になります。たとえば、バッテリーの電圧と、バッテリーが供給している負荷の抵抗を知っている場合があります。その場合、回路に流れる電流を計算できます。複雑な回路では、多数の抵抗値と、特定の特性を持つLEDやトランジスタなどのデバイスがあります。

• ダイオードには特徴的な順方向電圧があります-広い電流範囲でほぼ同じ電圧を維持します。実際のダイオードには、順方向電流と順方向電圧を関連付ける特性の非線形曲線があります。通常の動作範囲では、曲線は非常に浅い勾配を持っているため、ほとんどの目的で、フラット（定電圧）と見なされます。これが発生する理由を理解するには、半導体ダイオードについて調べる必要があります
• ジャンクショントランジスタは、特徴的なベースエミッタ電圧を持ちます。ダイオードの順方向電圧のように、ベースエミッタ電圧も広い電流範囲でほぼ一定です。電圧と電流に関連する非線形曲線もあり、ダイオードの曲線と非常によく似ています。繰り返しになりますが、これらのプロパティを理解するには、トランジスターについて調べる必要があります。

これらのプロパティを使用して回路を操作し、電圧がわかっているパスを通る電流、特定のパスを通る電流がわかっているノードの電圧、および抵抗器が接続されている等価抵抗を計算できます。これは重要です。電流と電圧が消費電力（または消費電力）を決定し、回路が動作するかどうか、コンポーネントの定格を選択する必要があるかどうか、および電力を供給する必要があるかどうかを判断するためです。

さて、なぜLEDと直列に抵抗が必要なのですか？

5Vの電源と、仕様が3.2Vと20mAのLEDがあるとします。これは、LEDが3.2Vの順方向電圧で動作し、約20mAの電流で駆動されることを意味します。少ないと、仕様どおりの光を放つことができなくなり、より明るくなり、暖かくなり、寿命が短くなる可能性があります。

抵抗なしでLEDを接続すると、電源は5Vを維持するためにできるだけ多くの電流を駆動しようとします。LEDは、端子間の電圧が5Vに達する前に大量の電流を流します。おそらく、電源は電流制限に達し、電圧が低下しますが、この時点でLEDを流れる電流が多くなり、明るい閃光を発し、煙が一気に上がります。

そのため、電源の電圧は5Vのままで、LEDの両端の電圧は3.2Vで、LED電流を約20mAに制限します。1.8V（1.8 + 3.2 = 5）で約20mA（0.02A）の電流を流す直列抵抗が必要です。したがって、1.8V / .02A = 90オームを計算します。これには、標準の82オーム抵抗を選択できます。1.8V / 82オーム= 21.9mA。スペックを少し上回りますが、10％のマージンは問題になりません。実際のデバイスでは、プロパティが正確に定義されているとは想定できないことに注意してください。抵抗器は仕様よりもわずかに大きいまたは小さい場合があり、LEDは仕様よりもわずかに高いまたは低い電圧で動作する場合があります。回路の実際の性能が少し異なる可能性があることを認識して、名目上のケース用に設計します。

だから...私たちはここで何をしましたか？抵抗器を使用して回路で行われていることを調整し、利用可能な電源を使用し、仕様内でLEDを動作できるようにしました。

抵抗器で他に何ができますか？

抵抗の一般的な用途は、電圧の調整または電流の流れの制限です。たとえば、5Vの電源があり、3Vのリファレンスが必要です。パーツビンから2つの抵抗器、330オームと220オームを選択し、それらを直列に接続します。5Vワイヤと基準出力間の220、基準出力と0V間の330です。これらの抵抗には5V / 550 Ohm =〜10mAの定電流が流れますが、基準端子には3Vの電圧が見られます。この種のことは、特定の電圧、他の電圧の一部などを確立する必要があるアンプのような回路を設計するために頻繁に使用されます。

抵抗を使用して時定数を定義できます。抵抗とコンデンサを直列に接続すると、最初はコンデンサに電流が流れます。この初期電流は、回路の電圧と抵抗値によって決まります。ただし、コンデンサは充電されます。充電すると、端子間に電圧が発生します。これにより、抵抗の端子間の電圧が低下し、抵抗を流れる電流が減少します。これにより、コンデンサの充電速度が低下し、電圧の上昇速度が低下します。最終的に、コンデンサは回路電圧を達成し、両端の電圧と抵抗を通る電流はゼロになります。抵抗値と静電容量値は、コンデンサが回路電圧の特定の部分まで充電するのにかかる時間を決定します。として知られる量時定数は、コンデンサ電圧が回路電圧の約63％に充電されるのにかかる時間です。これは、発振器やフィルターなどの回路を設計するために使用されます。

抵抗が存在し、仮想の「無限大」を制限するために使用されます。抵抗器がないと、コンポーネントが焼損したり、ヒューズが切れたり、回路が期待どおりに動作しなかったりするという意味で。

それほど極端ではない例は、他の抵抗またはツェナーダイオードと組み合わせて、特定の電圧に回路を「バイアス」することです。また、電源への「突入」電流を制限し、電源スイッチの寿命を延ばします。

電流が流れる抵抗器での電圧降下により、優れた正確な電流センサーが作成されます。

さらにエキゾチックな理由は、RF伝送ラインの寄生発振または反射波を止めることです。通常、MOSFETのゲートには抵抗があり、鋭い立ち上がり/立ち下がりエッジによるドレインでのリンギングとオーバーシュートを防ぎます。

コンデンサと組み合わせて、フィルタまたは遅延として使用するための「時定数」を作成します。これは、周波数調整用、または電源のリップルフィルタとしてより堅牢な場合に使用できます。

それらが「無限大」を制限していると言うことは、ちょっとした些細なことのように聞こえますが、それらがなければテクノロジーはありません。モデル「T」フォードでさえ、バッテリーに適切な充電電流を選択するための大きな抵抗バンクを備えていました。今日の高精度充電ではありませんでしたが、当時は「すぐに使える」ソリューションで十分でした。

電流の流れと電圧との関係を完全に把握していないようです。この関係を理解すれば、すべての質問に簡単に答えることができます。

電子は、バッテリーの一端から他端へなど、高電圧の場所から低電圧の場所へできるだけ早く移動することを望みます。バッテリーの両端がワイヤーで直接接続されている場合、電子はすべて低電圧側に非常に速くジャンプします。

抵抗器は、電子が回路を移動する速度を遅くします。抵抗器がないと、バッテリーはすぐに燃え尽きます。