Teach リモートラボを使うレッスン

Teach レッスン

LEDにはなぜ抵抗が必要?

同じ電圧で保護された2つの赤色LED回路を比べ、電流制限を説明します。

  • エレクトロニクス - ハイブ
  • 30 min
  • 中学校後半~高校初年、14~16歳
  • 日本語
  • 電子工学 · 物理学 · 技術

教員アカウントでログインして授業セッションを準備します。生徒はクラスコードで参加します。

回路図。正側電源から抵抗を通ってLEDのアノードへつながり、カソードは0 Vへ戻る。電圧計は抵抗と並列で、直列ではない。
エレクトロニクス - ハイブ

学習目標

  • 1 kΩと10 kΩの抵抗で測定した電圧から求めた電流を比べる。

  • 結果を根拠に、LED電流を制限する必要性を説明する。

生徒用アクティビティのプレビュー

アクティビティの内容

プレビューのみです。 授業セッションでは、生徒が回答を入力し、教員に提出できます。

1

光らない部品の役割

5 min

小さな表示灯には抵抗が必要ですが、抵抗は役立つ光を出しません。この部品は電気を無駄にしているだけでしょうか、それとも重要な役割があるのでしょうか。5 Vで2つの赤色LED回路を比べます。変えるのは指定された抵抗値だけで、1 kΩと10 kΩを使います。

どちらの回路で電流が大きくなると予想しますか。測定前に理由を説明してください。

2

保護された2つの回路を比べる

13 min

回路を理解する

実験室ボタンで、実物の装置に配線済みの回路が開きます。枝とは、抵抗とLEDを含む電流の通り道です。LEDにはアノード(A)とカソード(K)があり、向きは設定済みです。正側電源の値を確認・変更するには直流電源、測定電圧を読むにはマルチメーターを選びます。変更のたびに測定を実行を押し、結果と装置の写真が更新されるまで待ってください。設定を変えるだけでは新しい結果は得られません。キーボードで電圧を調整する場合は、ノブにフォーカスを移します。左右キーで変更幅、上下キーで値を変えます。測定前に表示電圧を確認してください。

メーターは抵抗の両端の電圧 $V_R$ を読みます。VDCの値をボルトで記録し、mV表示なら1 000で割ります。例えば240 mV = 0.240 Vです。uV(マイクロボルト、µV)表示なら1 000 000で割ります。300 uV = 0.000300 Vです。抵抗が1 kΩなら $I\,\text{(mA)}=V_R\,\text{(V)}$ です。10 kΩの場合は、V単位の電圧を10で割るとmAになります。このように、測定電圧と指定された抵抗値から電流を計算します。

実際の光はカメラの写真で観察します。図の推定発光は直近の結果を表すもので、光の測定ではありません。カメラ画像を比べるときはオフにしてください。反射で光が判別できなければ、消灯と決めつけずに判別できないを選びます。装置には状態表示灯もあります。回路のLEDがはっきり見えない場合は、回路と電圧を変えずに測定を実行をもう一度押してください。結果と写真の更新後、再びLEDを観察します。最初と再測定の値、見え方の変化を記述回答に短く残し、表には再測定の結果を使います。まだ判別しにくければ判別できないを選んでください。別の灯りから結論を出したり、期待した結果になるまで繰り返したりしないでください。

各結果の下にある装置名を確認してください。連続する測定でも異なるHive実機が使われることがあります。そのため、小さな差は部品の違いによる可能性があります。過去の記録と表示された結果は、新しい独立した測定ではありません。

回路の保護を保つ

用意された配線と抵抗をそのまま使います。0~5 Vの正側電源だけを使い、この活動では1~5 Vに設定してください。LEDを電源に直接つないではいけません。他の電源やファンクションジェネレーターは変更しません。メーターは抵抗の両端に接続済みです。直流電圧モードを保ち、電流や抵抗のモードに変えないでください。

回路図。正側電源から抵抗を通ってLEDのアノードへつながり、カソードは0 Vへ戻る。電圧計は抵抗と並列で、直列ではない。

抵抗の両端の電圧から、その枝の電流を求めます。AとKはLEDの端子を示します。

回路を切り替える

1つの回路を使い終えたらHiveのセッションを退出し、この活動に戻ってから次の実験室ボタンを開きます。各ボタンは別の回路を読み込みます。前の回路を使い回したり、メーターを配線し直したりしないでください。

赤色LEDと1 kΩ

  1. 赤色LEDと1 kΩ

  2. この回路を開き、5 V、1 kΩ、直流電圧モードを確認します。1回測定して該当する行を埋めてからHiveを退出してください。

授業セッションで利用できます

赤色LEDと10 kΩ

  1. 赤色LEDと10 kΩ

  2. この回路を開き、5 V、10 kΩ、直流電圧モードを確認します。1回測定して該当する行を埋めてからHiveを退出してください。

授業セッションで利用できます

結果

1 kΩと10 kΩの2行を、どちらも5 Vで埋めます。V_RはVで入力します。1 kΩではI(mA)=V_R、10 kΩではI(mA)=V_R/10です。カメラの観察を選び、余分な行は空欄にしてください。

抵抗 抵抗の電圧 V 計算した電流 mA カメラの観察
3

抵抗の役割を説明する

12 min

各抵抗での測定値を使います。1 kΩでの電流を10 kΩでの電流で割り、比を入力して、使った2つの電流を示してください。

どちらの抵抗が電流をより制限しましたか。結果を使い、表示灯を明るくするために抵抗を取り外すのが適切でない理由を説明してください。

カメラで電気的な違いを簡単に見分けられましたか。写真だけを比べるより、測定から求めた電流の方が確かな根拠になる理由を説明してください。

電流の少ない表示灯を作るなら、試した2つの回路のどちらを選びますか。電流と光の見え方から理由を説明してください。

提出

すべて測定したらHiveを退出してここに戻ります。実習を完了済みにし、必須の行と回答をすべて確認して提出してください。

このプレビューを実際の授業セッションに

LabsLand Teachに進み、このレッスンを生徒と使用して、アカウントで利用できるアクセスを確認します。

このレッスンを授業で試す