受動素子 — 抵抗 R・コンデンサ C・コイル L のインピーダンスと特性

電気回路を構成する素子は「受動素子」と「能動素子」に分類される。受動素子はエネルギーを自身では生成せず、消費・蓄積・変換するだけの素子であり、抵抗 R・コンデンサ C・コイル L（インダクタ）の 3 種が基本だ。これら 3 素子の特性を理解することが、すべての回路解析の出発点となる。情報カットオフ 〜2025-08、confidence: medium 固定。

抵抗 R（Resistor）

抵抗は電流の流れを妨げ、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する素子だ。

電圧・電流関係：V = I × R（オームの法則）
消費電力：P = V × I = I² × R = V² / R
単位：オーム（Ω）

直流・交流共通：抵抗は周波数に依存せず、常に V = I × R が成立する。位相のずれも生じない。

インピーダンス：Z_R = R（実数のみ、虚数部はゼロ）

直感的イメージ：細い水道管のように電流を制限し、流れを「摩擦」で熱に変換する。実際の物質では自由電子が格子イオンに衝突して熱（ジュール熱）を生じさせる。電気抵抗率 ρ は物質固有の性質（tech-322 物質の性質）だ。

コンデンサ C（Capacitor）

コンデンサは 2 枚の導体板の間に電場を作り、電気エネルギーを静電場として蓄積する素子だ。

電荷と電圧の関係：Q = C × V
電流と電圧の関係：I = C × dV/dt（電圧の変化率に比例した電流が流れる）
蓄積エネルギー：E = (1/2) × C × V²
単位：ファラド（F）

周波数特性：交流では周波数 f が高いほど電流が流れやすくなる。直流（f = 0）では電流は流れない（コンデンサは直流を遮断する）。

インピーダンス：Z_C = 1 / (j × ω × C) = 1 / (j × 2πf × C)
（ω = 2πf：角周波数、j：虚数単位）

位相関係：コンデンサでは電流が電圧より 90° 進む（電圧が上がり始める前に電流が流れ込む）。

直感的イメージ：コンデンサは「電荷の貯水池」だ。電圧が変化するときだけ電流が流れ（充放電）、定常状態では電流はゼロになる。コンデンサは電場（tech-318）にエネルギーを蓄える。

コイル L（Inductor）

コイル（インダクタ）は巻き線に電流が流れることで磁場を作り、磁場の変化に抵抗する（電磁誘導）素子だ。

電流と電圧の関係：V = L × dI/dt（電流の変化率に比例した電圧が発生する）
蓄積エネルギー：E = (1/2) × L × I²
単位：ヘンリー（H）

周波数特性：交流では周波数 f が高いほど電流が流れにくくなる。直流（f = 0）ではコイルは単なる導線として働く（コイルは直流を通す）。

インピーダンス：Z_L = j × ω × L = j × 2πf × L

位相関係：コイルでは電流が電圧より 90° 遅れる（電圧がかかってから電流が徐々に増える）。

直感的イメージ：コイルは「電流の慣性」だ。流れている電流を急に変えようとすると、コイルは変化に逆らう逆起電力を発生させる（レンツの法則）。これは電磁誘導（tech-330）の素子化であり、コイルは磁場（tech-326）にエネルギーを蓄える。

3 素子の比較

これら 3 素子を直列・並列に組み合わせることで、フィルタ・発振回路・電源回路など多様な電子回路が実現される（tech-337）。

情報カットオフ 〜2025-08、confidence: medium 固定。