ホイートストンブリッジと平衡条件(未知の抵抗を測る)
、、 の 3 つと、値の分からない抵抗を輪につなぎます。対角の 2 点を橋で結び、そこに電流が流れなくなったとき、未知の抵抗は です。
対辺どうしを掛けた値が等しくなる。 が成り立っています。
電源の電圧を測る必要はありません。既知の抵抗 3 つと、電流が かどうかの判定だけで値が決まります。
橋に電流が流れない状態
4 つの抵抗が輪をつくり、片方の対角に電源、もう片方の対角に検流計をつなぐ形をホイートストンブリッジといいます[1]。
検流計を流れる電流が になるのは、その両端の電位が等しいときです。電位差がなければ、電流を押し出すものがありません。
このとき輪は、2 本の独立した分圧回路として振る舞います。左の枝と右の枝が、電源電圧をそれぞれ内部で分け合う。
橋に電流が流れない状態をつくる
左右の枝が電源電圧を同じ比で分けていると読む
比の等式から未知の抵抗を出す
平衡条件
上側を と 、下側を と とします。橋は 2 つの中点を結ぶ。
左の枝の中点の電位は 、右の枝の中点は です。
等しいと置いて整理すると、電源電圧 が消えます。
対辺の積が等しい、という形になりました[2]。電源の値も検流計の内部抵抗も、この式には出てきません。
例:3 つから 4 つ目を出す
、、 とします。
確かめます。左の枝の電流は で、中点の電位は 。
右の枝は で、中点は 。そろいました。
メートルブリッジ
抵抗の代わりに、太さの一様な 1 本の細い線を使う方式もあります。線の上を滑る接点で、 と の役目を分けます。
抵抗は長さに比例するので、比がそのまま長さの比になる。
抵抗値を測らずに、ものさしで読んだ長さだけで比が出せます。

例:40 cm で平衡した
全長 の線で、既知の抵抗が 。接点が左から の位置で検流計が振れなくなりました。
長さを測るだけで抵抗が出ました。ものさしの精度がそのまま測定の精度になります。
平衡していないときは
橋に電流が流れる状態では、キルヒホッフの法則で解くしかありません[2]。
ただし検流計の内部抵抗が非常に大きい場合は、橋を切って考えてよくなります。電流が流れない枝の扱いと同じです。
を にしてみます。左の中点は のまま、右の中点は次のとおり。
差は 。この向きから、どちらへ調整すればよいかも読めます。
平衡から外れているとき、検流計の振れる向き が調整の手がかりになります。
右の中点が低ければ を増やす。針の向きを見れば、次に動かす方向が決まる。
電源の値が要らない理由
平衡条件の式から が消えている点が、この測定法の強みです[3]。
電池が古くなって電圧が下がっても、平衡する位置は変わりません。電源を安定させる手間が要らない。
検流計も、目盛りの精度は要りません。 かどうかだけを見る使い方なので、感度だけあれば足ります。
オームの法則から を出す。2 つの計器の目盛りの精度が両方効く
既知の抵抗との比で出す。検流計は の判定にしか使わない
例:温度を測る
金属の抵抗は温度で変わります[4]。
銅なら ほど。 で の銅線をブリッジにかけたら と出たとします。
でした。白金を使った抵抗温度計は、この仕組みで温度を精密に測ります。
| 材料 | 抵抗率 | 温度係数 |
|---|---|---|
| 銀 | ||
| 銅 | ||
| アルミニウム |
検算のしかた
対辺の積を計算して、両方が一致するかを見ます。 と で、どちらも 。
比の向きも確かめます。 が小さいほうの枝にあるなら、同じ側の も小さいはず。大小の関係が逆になっていたら、対辺のとり方を間違えています。
桁の見当も立ちます。未知の抵抗は、既知の 3 つと同じ程度の桁に収まるはず。極端に離れた値が出たら式の形が違う。
ホイートストンブリッジで、、、 のとき、平衡する はどれですか。
橋の電流を にして、対辺の積を等しいと置く。この 1 行で、電源も検流計も式から消えます。
















R1R4=R2R3 から R4=1040×25=100 Ω です。6.25 Ω は対辺を逆にとった値、16 Ω は隣どうしを掛けた場合の値になります。