温めたら電気を通しやすくなる物も、通しにくくなる物もあります。温度によって抵抗が大きく変わる部品をサーミスタといいます。そのうちNTC型は、温度が上がると抵抗が小さくなる部品です。「温めれば全部同じ向きに変わる」と覚えず、使っている物の性質を確かめます。
中学受験では、部品名を知らなくても表や説明から関係を読み取る問題が考えられます。初めて見る名前に出会ったら、何を変えた実験なのか、何を測ったのかを先に整理しましょう。ここでは製品の設計値ではなく、読み取りのために用意した仮の数値で考えます。
電流が変わった原因を、温度だけにしない
抵抗は電流の流れにくさを表します。同じ部品にかける電圧が一定なら、抵抗が小さいほど電流は大きくなります。ただし、別々の電池を使ったり、途中で回路のつなぎ方を変えたりすると、温度以外の条件も変わります。
「温かい水に入れたら電流が増えた」という記録だけで、すぐに温度の効果と決めないことです。電圧、接続、測定する部分をそろえたうえで、その部品の温度が落ち着いてから比べます。部品を液体に入れてよいかどうかも製品によって異なるため、ここでの図は回路を実作する指示ではありません。
金属線の長さや太さを変える実験とは、変えている条件が違います。金属線の問題で使った「太いほど流れやすい」を、温度の問題へそのまま持ち込むことはできません。
温度計に使うには、対応表が必要
NTCサーミスタは温度を検知する用途に使われます。仕組みを大まかにいえば、抵抗の変化を測り、あらかじめ調べた温度との対応へ戻すということです。抵抗そのものの目盛りが、そのまま温度の目盛りになるわけではありません。
たとえば10℃、20℃、30℃の抵抗が順に16、10、7という相対値だったとします。10℃上がる間に抵抗は6減り、次の10℃では3減っています。等しい温度差に対して、等しい量だけ抵抗が変わっている表ではありません。
ここを見落とすと、「20℃と30℃の真ん中だから、抵抗も必ず真ん中」と考えてしまいます。途中の値を正確に求めるには、その区間の詳しいデータや、関係を表す式が必要です。右下がりという特徴と、直線で変わるという特徴は別々に読みましょう。
例題1：抵抗が半分になると、電流は何倍か
あるNTCサーミスタの抵抗は、低い温度で12、高い温度で6という相対値になりました。部品にかける電圧を同じに保ち、低い温度の電流が3mAだったとします。ほかの影響を無視すると、高い温度の電流はいくらですか。
答え・解説：6mAです。抵抗は6÷12＝1/2になっています。同じ電圧のもとでは電流が逆の割合で変わるので、3×2＝6mAです。「温度が何倍か」は計算に使っていません。摂氏の温度を倍にしたら電流も倍、という関係ではないからです。
また、回路全体にほかの抵抗がある場合には、この部品の抵抗だけで電流の倍率を決められないことがあります。例題では部品にかかる電圧が一定という条件を置いています。電源の電圧が一定というだけで、すべての部品に同じ電圧がかかるわけではありません。
例題2：間の温度を、どこまで言えるか
抵抗が温度とともに連続して小さくなるセンサーがあります。対応表は、10℃で16、20℃で10、30℃で7でした。測定した抵抗が8.5のとき、「温度は25℃である」と断定できますか。
答え・解説：この表だけでは断定できません。8.5は10と7の間なので、温度が20℃より高く30℃より低いことまでは読み取れます。しかし、20℃から30℃の間で抵抗が直線的に減るという条件はありません。
直線で近似してよいと問題に書いてあれば、8.5が中間の値であることから25℃と見積もれます。その場合の答えは、与えられた近似のもとでの推定です。実測値と計算上の近似値を同じ精度のものとして扱わないようにします。
センサー自身が温まることも考える
電流が流れる部品では発熱も起こります。温度を測るために流した電流でセンサー自体が温まれば、測りたい周囲の温度とずれる原因になります。測定の仕組みを知ると、「数値が表示されたから必ず正しい」とはいえないことも分かります。
表の読み直しでは、横の項目に温度、縦の項目に抵抗と書き、増える向きを指で確認してみてください。増減の向き、倍率、途中の値を推定できる条件を一度に混ぜないことが、見慣れない部品の問題を解く手がかりになります。