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電球

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お礼率 52% (28/53)

L1=30W、L2=60W、L3=100Wの3つの電球、交流電源(スライダック)、交流電圧計を使い実験を行いました。
電球を直列に繋ぎ(電源-(1)-L1-(2)-L2-(3)-L3-(4)-電源という感じです)電圧を加え点灯させました。その時、(1)(2)、(1)(4)、(2)(3)、(3)(4)間の電圧を測るという実験でした。
で、本題ですが
電圧をかけた時L3は点灯せず、L2とL1は点灯していましたが微弱という感じでした。(L2よりもL1の方が強い。)
これはどうしてでしょうか…。

質問者が選んだベストアンサー

  • 回答No.1

ベストアンサー率 47% (10403/21780)

高校の生徒さんですか。授業の課題か宿題のようなのでヒントだけ。

・直列に接続された 3個の電球に流れる電流は全部・・・・。
・それぞれの電球で消費する電力は、電流が一定なら何に比例する・・・・。
・30W、60W、100W それぞれの抵抗値は・・・・。
お礼コメント
jun-love

お礼率 52% (28/53)

ありがとうございます!ヒントとっても役に立ちました。レポートが捗ります!!

ついでに言っておきますと、私は高校生でなくて高専生です…。実験のレポートに苦戦しているのです…。
投稿日時 - 2006-05-07 18:55:43

その他の回答 (全2件)

  • 回答No.3

ベストアンサー率 48% (5664/11798)

簡単に説明しましょうか。

抵抗Rの電球1個なら、
V=Ri
だから、ワット(時間当たりエネルギー)は、
Vi=V^2/R
明るさはワットに比例しますから、
明るさ(の合計)は抵抗R(の合計)に反比例します。


まず、最も簡単な例から。
同じ電球を2個直列します。
抵抗は2Rになるので、合計の明るさは2分の1。
つまり、2個つなげると、明るくなるどころか、2個を合計しても明るさ半減です。
つまり、1個当たりの明るさは4分の1です。




では、本題。(=複雑な話)

30Wの電球の抵抗をRと置けば、
60W電球の抵抗はR/2、
100W電球の抵抗は、3R/10

直列つなぎしたら、合計の抵抗は、
R + R/2 + 3R/10
 = (10+5+3)R/10
 = R×9/5

ですから、上述の考え方により、合計の明るさは、Rの係数の逆数の、5/9 になります。
つまり、30Wの電球1個だけのときの明るさの半減近くの9分の5が、3つの電球の合計の明るさになります。


次に、
各々の電球にかかっている電圧を求めます。
直列つなぎなので、3つとも電流は同じです。
ということは、
電球の両端にかかっている電圧は、電球の抵抗に比例します。

電流をiと置けば、

30W電球にかかる電圧=Ri
60W電球にかかる電圧=Ri/2
100W電球にかかる電圧=3Ri/10

この3つの合計が電源電圧(V)なので、
V=Ri(1+1/2+3/10)
 =Ri×9/5

よって、
i=V/R×5/9

だから、
30W電球にかかる電圧=V×5/9
60W電球にかかる電圧=V×5/9/2
100W電球にかかる電圧=V×5/9×3/10

ワットは、電圧×電流なので、
30W電球のワット=V×5/9×i
 =(5/9)^2×V^2/R
60W電球のワット=(5/9/2)^2×V^2/R
100W電球のワット=(5/9×3/10)^2×V^2/R


明るさはワットに比例しますが、
直列つなぎしていない、30W電球単独のワット数は、
V^2/R
です。
(↑これが分からない場合は、最初から読み直してください。)


ですから、
30W電球単独の明るさをLと置けば、
直列つなぎしたときの各々の明るさは、

【直列つなぎ後】
30W電球の明るさ =(5/9)^2×L
 = 25÷81×L
 = Lの31%
60W電球の明るさ =(5/9/2)^2×L
 = 25÷81÷4×L
 = Lの7.7%
100W電球の明るさ =(5/9×3/10)^2×L
 =(1/3/2)^2×L
 = 1÷9÷4×L
 = Lの2.8%

つまり、
100W電球は点灯していないのではなく、
30W電球単独の明るさの2.8%の明るさで光っています。


ただし、
白熱電球の色は、明るければ明るいほど青っぽい白になり、そこから暗くなるにしたがって、だんだん、黄色~赤になっていき、最後には赤外線になります。
つまり、
物理的には2.8%の光であっても、赤外領域の光をたくさん含んでおり、しかも、赤い光は、黄色や青に比べて人間には暗く見えるので、さらに暗く見えます。
したがって、2.8%よりも暗く見えます。


つまり、
白熱電球が蛍光灯に比べて、何故、効率が悪いのかというと、

電熱線として見れば、どちらもまったく同じ効率なのです。
(光が壁など当たって熱に変わることを合計すれば、正確に同じ熱量になります。)

しかし、人間の目に見えない赤外線、遠赤外線が沢山出るから、「照明器具としては効率が悪い」わけです。
  • 回答No.2

ベストアンサー率 27% (280/1031)

どの電球のフィラメントの抵抗値が一番低いと、お考えですか?実はL3ですね。よって一番高い抵抗値のL1で規制される電流値ではL2も完全発光できず、L3は発行に足る電流すら確保できていないということだと思います。コペルニクス的な話です。
お礼コメント
jun-love

お礼率 52% (28/53)

ありがとうございます!!これでレポートが進みます!
投稿日時 - 2006-05-07 18:54:13
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