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電池の基礎を知る
ミニ四駆を機会に充電池、もっと言えば電気と初めて向き合う人もいることでしょうし、
各単位の意味など基本的な話を解説できればいいのかな、と思って書いてみました。
中学の理科でやってる内容に毛が生えた程度ですから、そんくらい知ってるわ、って人は飛ばして下さい。
だれでもわかる様に式を省いているので、むしろわかりにくい表現になってるかもしれませんが。。

電池を扱う上で出てくる単語がいくつかあります。
電圧(単位:ボルト(V))、電流(単位:アンペア(A))、容量(単位:ミリアンペアアワー(mAh))、抵抗値(単位:オーム(Ω))です。


◇電流
ブレーカーが落ちる基準でもおなじみのアンペア(A)。
「電流」の名前の通り、電気の流れる量を意味します。
1Aってけっこう大きな値なので、普段は1000分の1のmA(ミリアンペア)を使う事も多いです。
1mLと1L、1mmと1mの関係といっしょで、1000mAで1Aとなります。
ただミニ四駆の場合は消費電流が大きく、数Aくらいは流れてしまいます。


◇容量
充電池なんかを見るとよく書いてあります。
充電容量なら「どれだけ電気をたくわえられるか」、放電容量なら「どれだけの量の電気を放出できるか」を意味します。
単位はmAhで、ミリアンペアと混同しそうですが、びみょうに意味が違うのが大事。
例えば放電容量1000mAhだったら、「1000mAの電流を1時間流せる容量」ってことですが、
電流が半分の500mAしか流さないなら2時間持ちますし、逆に倍の2000mAなら30分しか持たないということです。
バケツか何かに貯めといた水をちょっとずつ出すか、一気に出すかみたいな。

よくありがちなのがニッ水の容量の大きさを見て、「大電流を流せる!」って思い込んでしまうことなんですけど、
容量と「一度に取り出せる電気の量(=電流)」は違います。
2Lのペットボトルでも500mLのボトルでも口の大きさが一緒なら、1秒間に出てくる水の量はいっしょですよね。

容量なんでもちろんでかければ長く使えるのですが、ミニ四駆で1レースやる程度を長いと思うかどうか。


◇電圧
出てきた単位の中で多分一番なじみがあるのがボルトではないでしょうか。
これは「電気を流そうとする力」のことです。
雑な言い方をすれば電圧を上げるほど電気がいっぱい流れるということになります。

電池一本あたりの電圧は、アルカリ電池で1.5V, ニッケル水素電池だと1.2Vです。
そのまま繋げる(直列)と電圧は足し算されるので、2本セットで扱うミニ四駆の場合
電圧は3V~2.4V程度、実際はもうちょっと高い電圧の電池もいるので、最大3.4V程度まではかかってると思います。

電池は使っているうちに電圧が下がってきます。しかし、この電圧の下がり具合は一定ではなく
アルカリ電池の場合、1本当り1.5V~1.0Vの間は電圧がゆるやかに減少し、
約1.0Vを下回ると一気に電圧が低下する という特徴があります。
使いどころは1.5V~1.0Vの間ってことですね。

これをグラフに表したものを「放電曲線」といいます。ググると色んな所が色んなデータを出してます
放電曲線は流す電気の量(電流の値)によっても変化するので、使用用途と照らし合わせながら見てみましょう。

さて、ここまでの説明だと電圧の高いアルカリ電池の方がニッケル水素電池よりも速そうに見えますが
実際には状況が逆転することがよくあります。これを説明するのが次の「抵抗」のところです。


◇抵抗
名前の通り、「電気の流れにどんだけ逆らうか」を意味します。
電池は電圧をかけてきりなく電気を流そうとするのですが、
抵抗がそれをジャマするので、流れる電気の量は一定におさえられます。
抵抗の量がでかくなるほど、電気は流れにくく、電流は小さくなるという関係になります。

逆に抵抗がめっちゃ小さいと電流がめっちゃ流れます。
電流がめっちゃ流れると熱がめっちゃ出るのでわりと危ないです。これを「ショート」といいます。
よく電池のプラスとマイナスを銅線だけでつないじゃいけないといわれますが、これが理由です。
電池が死んだりシャーシが溶けたりいろいろと大変なので、ショートには十分注意しましょう。

ところで、電池ではその内部に抵抗を持っています。これを「内部抵抗」といいます。
モーターに負荷がかかると電流を流したがるのはこないだの記事で紹介しましたが、
電池の内部抵抗が大きいとそれだけ電流を流れるのをジャマするので、
結局モーターのパワーを全開にすることができません。
てことで、消費電流値が大きいほど、内部抵抗の小さなニッケル水素電池の方が速くなるわけです。


そんなところでこの記事はおしまい。
全部言葉で説明するのは疲れるねぇ。

 
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