直列と並列の違い — 電流・電圧・合成抵抗・電力を LED で確かめる
ElecLab の第 2 章「並列と直列」で遊ぶことを、図と計算でまとめたページです。LED を 2 つ以上つなぐとき、1 列にするか並べるかで、電流と電圧の分かれ方がどう変わるのかを、LED の明るさ（＝電流）で確かめます。
1. 直列 — 電流は 1 本道、電圧は分け合う
LED を 1 列につなぐことを直列といいます。電流の通り道は 1 本だけなので、どの LED にも同じ電流が流れ、同じ LED なら明るさもそろいます。そのかわり、電池の電圧を LED どうしで分け合うので、LED の数だけ電圧が必要です。赤い LED 2 つなら、2V + 2V = 4V より高い電池がいります。
1-5 で見るつなぎ方の例
1 本道の輪を流れる電流は、輪全体で次のように計算できます。
電流 = (電池の電圧 − LED の電圧の合計) ÷ 抵抗の合計
図の回路なら、(4.3 − 2.0 × 2) ÷ (10 × 2) = 0.3 ÷ 20 = 0.015A、つまり 15 mA です（10Ω は ElecLab の LED の中の抵抗）。電池の電圧が LED の電圧の合計に届かないと、電流はまったく流れません。3V の電池に赤い LED を 2 つ直列にしても、4V に届かないので 2 つとも消えたままです。
2. 並列 — 電圧は同じ、電流は足し算
LED を並べてつなぐことを並列といいます。どの枝（LED の通り道）にも、電池と同じ電圧がかかります。電池から出ていく電流は、それぞれの枝の電流の合計です。図では LED 1 つに 20 mA ずつ、電池からは 40 mA が流れています。
1-5 で見るつなぎ方の例
並列にするときは、LED ごとに抵抗を 1 本ずつ付けるのが基本です。1 本の抵抗を 2 つの LED で分け合うと、抵抗を通れる電流を 2 つで分けることになるので、1 つずつは暗くなります。さらに、実物の LED は 1 個ずつ順方向電圧が少しずつ違うため、分け合うと電流が片方にかたよります（ElecLab の同じ色の LED は性質がまったく同じなので、ちょうど半分ずつに分かれます）。
3. LED の色と順方向電圧
LED は色によって、光りはじめる電圧（順方向電圧）が違います。ElecLab では赤が 2.0V、黄が 2.1V、緑と青が 3.2V で、実物もおおむねこのくらいです。
2-4 で見るつなぎ方の例
同じ電池と同じ抵抗でも、順方向電圧が高い緑や青は、抵抗にかかる電圧が小さくなるぶん電流が減り、暗くなります。色ごとに明るさ（電流）をそろえたいときは、第 1 章の式で色ごとに抵抗を計算します。例: 9V の電池で 15 mA くらい流すなら、赤は (9 − 2) ÷ 0.015 ≈ 467Ω なので 470Ω、緑は (9 − 3.2) ÷ 0.015 ≈ 387Ω なので 390Ω。ElecLab で計算すると、赤は 14.6 mA、緑は 14.5 mA と、ほぼ同じ明るさになります。
4. 合成抵抗 — 直列は足し算、並列は小さくなる
抵抗を直列につなぐと、通り道が長くなったのと同じで、合わせた抵抗（合成抵抗）は足し算になります。
直列: R = R1 + R2 + …
並列につなぐと通り道が増えるので、合成抵抗はどの 1 本よりも小さくなります。
並列: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … （2 本なら R = R1 × R2 ÷ (R1 + R2)）
同じ値の抵抗なら、2 本の並列で半分、3 本の並列で 3 分の 1 です。たとえば 1kΩ を 3 本並列にすると約 333Ω になります。手元にない値の抵抗も、組み合わせて作れます。
2-5 で見るつなぎ方の例
5. 電力 = 電圧 × 電流
電池が 1 秒あたりに送り出すエネルギーを電力といい、単位はワット（W）です。
電力 P = 電圧 V × 電流 I
2 の並列の図の回路では、電池の電力は 2.2V × 40 mA = 88 mW です。同じ LED を同じ電流で光らせるとき、並列では LED の数だけ電池の電流が足し算になりますが、直列なら電池の電流は 1 本ぶんで済みます。電池の電圧が同じなら、直列のほうが電力が少なく、電池が長持ちします（ただし直列には、LED の数だけ高い電圧が必要です）。
抵抗にかかる電圧と電流の積（抵抗の電力）は、光にならずに熱になるぶんです。抵抗の電力が抵抗の定格（よく使う小さな抵抗は 1/4W = 250 mW）をこえないようにも気をつけます。
よくある誤解
- 並列にすると、電池の電圧が LED の数で分かれる？
- 分かれません。並列の枝にはどれも電池と同じ電圧がかかります。電圧を分け合うのは直列のときです。
- 直列の LED は、電池の + に近いほうが明るい？
- 同じ明るさです。直列の輪は 1 本道なので、どの LED にも同じ電流が流れます。
- 抵抗を並列に足すと、電流はもっと流れにくくなる？
- 反対です。通り道が増えるので合成抵抗は小さくなり、電流は増えます。
- 電池の電圧が高いほど、LED は明るい？
- 明るさを決めるのは LED の電流です。電圧が高くても抵抗が大きければ電流は小さく、暗いままです。同じ明るさのまま電圧だけを上げると、そのぶん抵抗で熱になる電力が増えます。
第 2 章のステージで確かめる
読んだことを、実際に配線して確かめられます。ブラウザだけで、登録なしで遊べます。