• 締切済み

電球が光るのは?

Hikaru99の回答

  • Hikaru99
  • ベストアンサー率56% (39/69)
回答No.9

フィラメントに電流を流すと発熱し、発光するという現象に ついて簡単に説明いたします。専門的な説明は他の方にお任 せして、科学の啓蒙書のレベルで解説いたします。 電球が発光するのは熱放射という現象によるものです。 フィラメントにかかる電圧が低いときには、フィラメントは 暗赤色をしていますが、フィラメントにかかる電圧を徐々に 高くしていくと、フィラメントの温度が高くなり、フィラメ ントから出る光の色が、明るい赤~橙色~黄色と変化し、や がてまぶしいくらいの白色になっていきます。 このような現象を起こすのは電球のフィラメントだけではあ りません。例えば、溶鉱炉の中で溶けている鉄は温度が低い ときには赤色をしていますが、温度が高くなるにつれてフィ ラメントと同じように明るい色になっていきます。 このように、高温の物体から、光(電磁波)が放射すること を熱放射と呼びます。逆に物体から発せられる光の色で温度 を判断することができ、そのような測定器も実際にあります。 それでは熱エネルギーが光のエネルギーに変わる仕組みをニ クロム線で簡単に説明しましょう。 ニクロム線に電気と通すと発熱しますが、同時にニクロム線 の色は暗赤色となります。ニクロム線は高温になるにつれて 明るくなり、やがて白色に近い光を出します。ニクロム線は ニッケル-クロム-鉄を主成分とする合金ですが、電気が通 るとニクロム線の成分金属の原子が激しく振動し、それが熱 となります。原子が振動しているとき、原子の中の電子も振 動します。温度が高いというのは原子の振動が大きいという ことですが、同時に電子の振動エネルギーが光として放出さ れるのです。 白熱電球は、この熱放射の原理で光っています。電気エネル ギーをいったん熱に変換してから光を出しています。そのた め、光っている電球はとても熱くなっています。 蛍光灯は電気エネルギーを直接光に変換する電気ルミネッセ ンスという原理で光っており、白熱電球の発光原理とは異な ります。その証拠に発光した蛍光管はそれほど熱くなってい ません。 物体の発光に共通するのは、電子が持つエネルギー量の変化 です。光は電子が持つエネルギーの姿形が変わったものとい ってもよいでしょう。 参考:光と色の100不思議(東京書籍)>執筆者の一人です。

参考URL:
http://homepage1.nifty.com/kuwajima/lac100/

関連するQ&A

  • 豆電球の明るさの決め手

    豆電球のフィラメントの抵抗は温度上昇によって変化しますよね その場合豆電球の明るさがどうなるかはどのように判断するのでしょうか? 大学受験の問題で 電球のフィラメントに電流が流れて、フィラメントの温度が次第に上昇する。 これに伴い、電流計の指示は(小さく)なる。 この理由はフィラメントの抵抗が、温度の上昇につれて(大きく)なるという性質を持っているためである。 他方、このような電流の変化に伴い、電圧計の指示は(大きく)なる。 また電球の明るさは(明るく)なる。 (()の部分が問題です) というものがあったのですが 電球の明るさは電力によって決まると思っていたのですがそれがまず間違いでしょうか? もしそうだとすると 電流→小さくなる 電圧→大きくなる 抵抗→大きくなる だけで、電力の増減が分かるものなのでしょうか? ちなみに回答には 「フィラメントの温度が高くなるので、電球は明るくなる」 と説明されていました どなたかこんな私に詳しい説明をお願いします

  • 電気抵抗について

    タングステン線の電気抵抗を測った時はオームの法則が成り立ったのですが、タングステンフィラメントの豆電球を測った時はフィラメントの温度があがったためオームの法則が成り立ちませんでした。 なぜタングステン線に電圧をかけたときは発熱しないのに、豆電球の場合は発熱するのですか? また狭い温度の範囲の場合、電気抵抗は温度に比例するようですが、極低温や高温の場合はどのような変化をしますか? よろしくお願いします。

  • 抵抗発熱体に電流を流した時の発熱温度

    大気中で抵抗発熱体(例えばニクロム線など)に電流を流すと、電流量に応じて発熱すると思いますが、その際の発熱温度の計算方法を教えてください。 発熱温度を計算するには、流す電流量、発熱体の抵抗値、比熱、表面積、熱抵抗率、大気中の温度といった様々な要素がからんでいると推測していますが、理論的な計算式が分かりません。 計算に必要な物性値なども含めてご教授ください。

  • 電球の明るさと電気抵抗の関係

    小さな電球と大きな電球の違いについて、電気抵抗の面から理解を深めたいのですが 基本的な理論をなかなか直感的に把握することができません。 例えば、10ワットの電球と100ワットの電球があるとして 100ボルトの交流電圧につないだ場合に、 10ワットの電球の電気抵抗は計算上は1000 Ω になります。 100ワットの電球の方は、100 Ω になると思います。 小さな電球の方が電気抵抗が高いということは、 フィラメントがより抵抗の大きい素材を使用しているからでしょうか。 それとも、フィラメントと並列または直列に発光しない抵抗素子が追加されているのでしょうか。 できれば、基本的な回路構成を図解的に理解したいと思いますので、 よろしくご指導をお願いします。

  • 電球の抵抗値変化と消費電力・明るさの関係

    こんにちは。 私は来年大学受験を予定している者です。 物理の勉強をしていて 分からない点が出てきたので質問させてください。 起電力Vの電池に 抵抗値Rの抵抗器と 温度によって抵抗値rが変化する電球を 直列につないだとき、 「フィラメントの温度が次第に上昇するにつれて、電球の明るさはどうなるか。」 という問題があり、答えは「明るくなる」となっていました。 ところが、具体的に電球の抵抗値が初期値のx倍(x>1)になったときに 消費電力が初期値の何倍になるかを以下のような関数yで表してみると、 ------------  電球の抵抗:  r → xr  電球の電圧: (r/r+R)V →(xr/xr+R)V   回路の電流: (1/r+R)V →(1/xr+R)V と変化するので  電球の消費電力: r{V/(r+R)}^2 → xr{V/(xr+R)}^2 となることから 電球の消費電力の変化倍率yは y = x{(r+R)/(xr+R)}^2 ------------ となり、 rとRの比の設定具合によっては x>1においてyのグラフが「常に単調増加」にはならず、 計算上、電球がある一定値以上の抵抗値をもつようになると、 消費電力は減衰していくことになってしまいました。 これまで学習してきた中では、消費電力 ∝ 明るさ が常だったのですが 今回の場合、どうして消費電力が減少しても「明るくなる」という答えになるのでしょうか。 ・フィラメントのような発熱発光体の場合は、消費電力が減少してもエネルギー全体の中の   光放出の割合(←温度と関係?)が増えることによって結果的に明るくなる。 ・P=IVが成り立たず、上記消費電力に誤りがある。 などと推測してみたのですが、 参考書・インターネット等では明確な答えを得ることができませんでした。 高校生レベルの内容を超えた説明であっても、なんとか理解できるよう努めますので どなたかご助力よろしくお願いします。

  • 高校物理:非線形回路のエネルギー

    高校物理の非線形回路(豆電球)についての説明で、分からないところがあります。 電池、スイッチ、電流計、抵抗、豆電球がすべて直列につながっている回路があります。 スイッチを閉じた後十分時間が経過した後に回路に流れる電流が一定になることについて、エネルギーの観点から次のような説明がありました。 『フィラメントの温度上昇とともに周囲に失われる熱も増加し、この放熱量が発熱量に等しくなったところで一定温度、一定電流に達する』 しかし、この説明においてなぜ「放熱量が発熱量に等しくなったところで一定になる」といえるのかが分かりません。放熱というのは豆電球が出す熱で、発熱というのは普通の抵抗が出す熱のことでよろしいのでしょうか?その二つが一定になることが全体のエネルギーに関係があるのですか?また、それはなぜですか? 質問が多くなってしまい申し訳ございません。豆電球の原理について深く分かっておりません…。 どなたか説明してくださる方がいらっしゃいましたら、回答のほう、よろしくお願いいたします。

  • 60ワットの白熱電球について

    お世話になっています。 60ワットの白熱電球の表面の硝子の外側の表面の温度を知っている方が居られましたら教えてください(当然点灯中の60ワットの電球です)。白熱電球の点灯中のフィラメントの温度を調べることは出来たのですが、当方は残念ながらフィラメントの温度ではなく、その硝子の部分の表面の温度を知りたいのです。宜しくお願いします。

  • 電球の表面温度??

    5w12vの電球の表面温度ってどのくらいになるのですか>?? なかのフィラメントの温度とかもわかるものなのですか??

  • フィラメント抵抗と温度係数の問題…

    フィラメント抵抗と温度係数の問題… 金属の電気抵抗は温度が上がると増加する。 温度が0℃のときの抵抗をR0、温度θにおける抵抗をR=R0(1+αθ)となると仮定して、フィラメント抵抗の温度係数αを求めよ。 なんですが、分かる方いらっしゃいましたら途中式も含めて教えていただけるとありがたいです。

  • 豆電球がつきません!

    携帯式のランプについて質問です。 クリプトン球(2.5V 0.5A)を使用し、 単三電池3本で点灯するものなんですが ランプがつきません。新品の電池に 交換してもダメだったので豆電球を 新品に交換してみました。ところが スイッチをONした瞬間に一瞬発光した だけで消えてしまいました。そこで 豆電球を調べるとガラス球内の フィラメント(抵抗体)が切れて いました。2個目も同じ症状でした。 本体内部で配線がショートしている のでしょうか?他に考えられる要因が あれば教えて下さい。また、素人で 修理出来るでしょうか?