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オームの法則についての質問
- オームの法則を実験で検証した結果、直列と並列接続によって豆電球の明るさが逆転する現象が起きました。
- 消費電力の影響ではなく、電圧と電流の関係が関与している可能性があります。
- 具体的な計算結果によって、豆電球の明るさの逆転が説明できるかもしれません。
- 物理学
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質問者が選んだベストアンサー
質問の書き方が間違っていると思います。 質問の間違いを正した結果としては 3.8V0.3A は直列では明るく、並列では暗くなります。 2.5V0.3A は直列では暗く、並列では明るくなります。 3.8V0.3Aの電球をＡ 2.5V0.3Aの電球をＢ として、抵抗値で検証します。 規格よりの抵抗値 Ａ＝３．８÷０．３＝１２．７Ω Ｂ＝２．５÷０．３＝８．３Ω 公称値ですので、この抵抗値が合っているかどうかは別として 相対比較でＡの方が抵抗値が大きいです。 実験１ Ａ＝０．４÷０．１６＝２．５Ω Ｂ＝０．９÷０．１６＝５．６Ω 実験２ Ａ＝１．２÷０．２３＝５．２Ω Ｂ＝１．２÷０．４＝３Ω 実験１と実験２で抵抗値が入れ違っています。 これはあり得ないので、実験１の結果を逆に考えます Ａ＝０．９Ｖ Ｂ＝０．４Ｖ とします。 実験１での消費電力 Ａ＝０．９Ｖ×０．１６Ａ＝０．１４４Ｗ （明るい） Ｂ＝０．４Ｖ×０．１６Ａ＝０．０６４Ｗ （暗い） 実験２での消費電力 Ａ＝１．２Ｖ×０．２３Ａ＝０．２７６Ｗ （暗い） Ｂ＝１．２Ｖ×０．４Ａ＝０．４８Ｗ （明るい） 直列と並列で明るさが逆転する理由 直列では電流が一定となります。 電力は 電流×（電流×抵抗）となりますので、抵抗値が高い方が明るくなります。 並列では電圧が一定になります 電力は 電圧×（電圧÷抵抗） となりますので、抵抗の小さい方が明るくなります。 上記（ ）内は、電圧または電流を計算しています。
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- am3141592
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「明るさ」の定義について。一般的には電球から出る光の総量を示すので、消費電力に比例とは言わないまでも、近い関係があります。しかし、光の総量はフィラメントの温度と表面積に関係するので、フィラメントの温度が高くてもフィラメントが小さければ、暗くて消費電力は少なくなります。でも豆電球を見た時の明るさは、フィラメントの温度で判断しませんでしたか？フィラメントの大きさが違えば、消費電力と「見た目の明るさ」が食い違うことはあり得ます。 色々な現象が含まれていて難しい実験ですが、面白い結果だと思うので、みなさんの意見も参考に頑張って下さい。
- chiezo2005
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#１です。 電球を使ってオームの法則を検証するのは難しいのです。 フィラメントに使われるタングステンの抵抗値は 1000度のときと3000度のときでは3倍ことなります。 おそらく定格電圧のときに3000度になっていると思いますが，それ以下の電圧のときは定格の抵抗値より だいぶ小さくなっています。 なので，フィラメントの明るさが違う→温度が違う→抵抗が違うので，オームの法則だけでは説明できないのです。 ちゃんとやるにはそれぞれの電球について印加した電圧と電流のグラフを書いてからはじめないといけないと思います。
- omi3
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>実験１として、直列に豆電球を２つつなぎました。 すると、2.5V0.3Aの規格のものの方が明るく光りました。 そのときの電流は0.16Aで、電圧は、それぞれ0.4V、0.9Vでした。 この実験は誤りですね。 直列の場合、抵抗値が高い方が、明るくひかるので、 3.8V0.3A タイプの方が明るくなるはずです。 実験をやり直してください。
- chiezo2005
- ベストアンサー率41% (634/1537)
これって，あまり良い実験になっていないと思います。電球の電圧定格が違うということは最適な発光をする電圧値が違うということなので，電球に投入する電力と明るさは電球によって変わってしまいます。 つまり，最適な電圧では当然3.8Vの電球の方が明るいはずですが，最適電圧でないときにはフィラメントの温度が下がってしまい，簡単には電力と明るさの関係が言えなくなります。 物理的には一個の電球にかかっている電圧が決まれば電流がきまり電力が決まります。そのときのフィラメントの温度が何度になるかで（フィラメントの大きさも関係しますが）明るさが決まります。 単純にオームの法則の検証のための実験と割り切って，明るさの議論にしないほうが良いと思います。
