スイッチを入れると電磁石が働き、離れた接点が閉じて豆電球が光る。リレーは、電気によって別のスイッチを動かす仕組みとして考えられます。ここで気をつけたいのは、電磁石を流れた電流が、そのまま豆電球へ飛び移るわけではないことです。この記事では、コイル側と豆電球側が電気的につながっていない、二つの電池を使うモデルを扱います。
動きを伝える線と、電流が流れる線
電磁石のコイルに電流を流すと、鉄片が引かれて接点を動かします。接点が閉じれば、もう一方の回路が一周つながります。このとき伝わったのは接点を動かす作用です。図に点線の矢印があっても、それが導線だとは限りません。導線は実線、機械的な動きは点線、といった凡例を先に読みましょう。
電池Aから出てコイルを通り、電池Aへ戻る道を一つの色でなぞります。次に電池Bから出て豆電球と接点を通り、電池Bへ戻る道を別の色でなぞります。二本の道が図の上で交差していても、接続点がなければつながらない描き方があります。見た目の近さではなく、接続の記号で判断します。
「電磁石が働く」と「電球が光る」は別の条件
コイルに電流が流れ、接点が閉じていても、電球側の電池が外れていれば電球は光りません。反対に、コイルの通電を止めたときに接点がどうなるかは、リレーの種類や図の条件によります。この記事では、通電していないと開き、通電すると閉じ、電流を止めると元へ戻る接点を例にします。
一般には、通電していないときに閉じている接点や、状態を保持する仕組みもあります。「電磁石があるから必ずこの動き」と暗記せず、問題に示された初期状態を確認してください。スイッチを押した直後、押し続けている間、離した後を三列の表にすると、接点の状態と電球の点灯を順番に整理できます。
例題1 電池Bを外したら
電池Aの回路にコイルと操作スイッチ、電池Bの回路に豆電球とリレーの接点があります。二つの回路は電気的につながっていません。操作スイッチを入れると接点は閉じます。このとき電池Bだけを外したら、コイルと豆電球はどうなりますか。
答え・解説： A側が正常ならコイルには電流が流れ、鉄片を引く働きは続きます。しかし、B側には電源がないので豆電球は光りません。接点が閉じることは、電球側の通り道をつなぐ条件の一つです。光らない原因を調べるときも、「接点が動いたか」と「電球側に電源があるか」を分けます。
電流の大きさも、それぞれの回路で決まる
コイル側の電流と電球側の電流が同じになる決まりはありません。別々の電源と部品を使っているためです。電磁石を弱い電流で動かして、別回路を開閉する用途がありますが、これは電流をただ増やして生み出しているのではありません。電球へエネルギーを供給するのは、電球側の電源です。
実物のリレーには、扱える電圧や電流の範囲があります。学習用の図で成立する仕組みを、そのまま家庭のコンセントにつなぐ実験へ広げないでください。ここでは低電圧の教材回路を読む問題として扱います。説明図が省略している部品があっても、すべての実用品が同じ簡単な回路であるという意味ではありません。
例題2 二つの電流計の値
接点が閉じているとき、A側の電流計は0.08A、B側は0.30Aを示しました。A側のコイルを通る電流は0.38Aですか。B側の電流は、A側からどれだけ移ってきたものですか。
答え・解説： コイルを通るのは0.08Aです。二つの値を足して、一方の枝の電流にしてはいけません。また、B側の0.30AはA側から移った電流ではありません。それぞれの閉じた回路を流れています。このモデルに二つの回路を合わせた一本の共通導線はないので、「共通部分の電流」として0.38Aを置く場所もありません。
ベルの図と同じにしない
電磁石を使ったベルでは、鉄片の動きがコイル自身の回路を切り、元へ戻ると再びつながる構成があります。一方、ここで示したリレーでは、コイル側の電流を接点で自動的に切ってはいません。似た部品でも、どの接点がどの回路に入っているかで動作が変わります。鉄片が動いたから必ず振動を繰り返す、と考えないことがポイントです。
二つの電池にA・Bと名前をつけ、各回路に「戻る先」を書くだけで、電流が途中で別の回路に乗り換えるような読み違いを減らせます。装置の名前より先に、一周の経路を追ってみてください。