マンガン電池の放電特性

マンガン電池って、同じ「1.5V」と書いてあっても、使っているうちにだんだん弱くなっていきますよね。

その理由をきちんと説明するカギが、放電特性・起電力・内部抵抗という3つの言葉です。

ちょっと理科っぽい言葉ですが、流れで見ていけば大丈夫。今回は「どうして電圧が下がるのか？」を中心に整理していきましょう。

まずは基本！起電力と実際の電圧はちがう

マンガン電池の表示は1.5V。これは「起電力」と呼ばれる値に近いものです。

起電力とは、簡単に言えば何もつないでいないときの理想的な電圧。電池が持っている“ポテンシャル”のようなものですね。

でも、実際に機器につないで電流を流すと、話は変わります。

• 電流が流れる
• 内部でも反応が進む
• 電池の中で電圧のロスが生じる

──この結果、端子で測る電圧は起電力よりも少し低くなります。

つまり、

実際の電圧 ＝ 起電力 −（内部抵抗による電圧降下）

という関係があるのです。

無負荷電圧と負荷電圧

何もつないでいないときの電圧を無負荷電圧、機器につないでいるときの電圧を負荷電圧と呼びます。

マンガン電池では、この差がわりと大きく出やすいのが特徴です。

マンガン電池では、実際に使うときの電圧は起電力より低くなるのです。

内部抵抗とは？電池の中の“見えない抵抗”

次に出てくるのが内部抵抗です。

これは文字どおり、電池の中にある抵抗のこと。電池も理想的な電源ではなく、内部に少なからず抵抗成分を持っています。

内部抵抗があると、電流が流れるときに電圧が内部で消費されることになります。

関係式で書くと、

V = E − I × r

V：端子電圧
E：起電力
I：電流
r：内部抵抗

という形になります。

つまり、電流 I が大きくなるほど、I × r の分だけ電圧が下がるわけです。

マンガン電池は内部抵抗がやや大きめ

マンガン電池は、アルカリ電池などと比べると内部抵抗が大きめとされています。

そのため、

• 小さな電流 → 電圧は安定
• 大きな電流 → 電圧が大きく低下

──という性質がはっきり出ます。

これが「モーター系は苦手」と言われる理由です。

内部抵抗があるため、電流が大きいほど端子電圧は下がるのです。

放電特性のグラフで見る“じわじわ型”の電圧低下

放電特性とは、「時間がたつと電圧がどう変わるか」を示す性質です。

マンガン電池の放電特性は、ざっくり言うとなだらかに下がっていくタイプ。

• 使い始め：比較的高い電圧
• 使用中盤：ゆるやかに低下
• 終盤：急に落ち込む

──こんな流れになります。

アルカリ電池は比較的「平ら」に電圧を保ちますが、マンガン電池はじわじわ型。

なぜ内部抵抗は増えるのか

放電が進むと、

• 亜鉛が溶ける
• 二酸化マンガンが変化する
• 反応生成物が増える

──これによってイオンの動きが悪くなり、内部抵抗が徐々に増加します。

その結果、同じ電流でも電圧降下が大きくなり、最終的に機器が止まるのです。

マンガン電池は放電が進むほど内部抵抗が増え、電圧が徐々に下がっていく特性を持つのです。

ここまでで「マンガン電池の放電特性」を、起電力と内部抵抗の関係から整理しました。

まとめると──

1. 起電力は理想的な電圧で、実際の電圧はそれより低い
2. 内部抵抗があるため、電流が大きいほど電圧は下がる
3. 放電が進むと内部抵抗が増え、電圧がじわじわ低下する

──以上3点が放電特性の核心です。

マンガン電池は「急にゼロになる電池」ではありません。内部抵抗の影響を受けながら、じわじわと電圧を下げていくタイプです。起電力・内部抵抗・電流の関係を理解すると、電圧低下の理由がはっきり見えてくるのです。

つまり、放電特性とは「電池の中の抵抗と反応の変化が作る時間のグラフ」だということですね。