低電圧下の電球の特性について
- 低電圧下の電球の特性について説明します。昔、オーディオアンプのスピーカー出力に電球を直列に入れると、点滅する現象が起こることがあります。電球は高温ではインピーダンスが上昇し、スピーカーからの音にリミッター効果があると言われています。
- 一日中点灯させている電球について考えます。5ワットの小さな白熱電球を使用していますが、光量が少ないため、20ワットの電球を直列に抵抗としてつなぐことで光量を調整しています。回路全体では20ワットの電球が抵抗として入っているため、電流は少なくなると考えられます。
- しかし、低電圧下では電球の抵抗値が下がるため、5ワット球と20ワット球の両方が低電圧で点灯している場合、5ワット球よりも電流が多く流れる可能性があります。これは省エネに逆行する可能性があるため、専門的な知識を持つ方の助言を求めています。
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低電圧下の電球の特性につきまして
低電圧下の電球の特性につきまして いきなり余談ですが、昔、オーディオアンプのスピーカー出力に電球を直列に入れると、音量にシンクロして点滅する、という遊びを聞きました。この際、電球は高温(つまり大音量で明るく点灯した瞬間)では、インピーダンスが上昇するので、スピーカーから出る音についてはリミッター効果があると、聞きました。 さて、ここから質問の本題です。我が家では一日中点灯させている電球があります。わずか5ワットの小さな白熱電球です。光量的にはもっと少ない光で十分なのですが、これより小さい電球は、普通にはないようなので、電気代の節約を兼ねて、20ワットの電球を直列に抵抗としてつないでいます。5ワットの電球は少し光が抑えられちょうどよい光量です。抵抗の20ワットは見た目には白熱していません。 全体を回路として見れば、20ワットの電球が抵抗として入っているので、何もない状態よりは少なくとも、電流は多少なりとも少なくなる、と素人考えでおります。少なくとも、何もない回路より電力を消費することはなかろうと・・・。 しかし、一つ疑念があります。それが前述しました、スピーカーの遊びの話です。高電圧、高温状態では抵抗値が上昇する・・・つまり逆に低電圧、低温状態では、電球のフィラメントは定格より抵抗値が下がる理屈であるわけです。5ワット球・20ワット球とも、定格より低い電圧で点灯している状態ですので、ひょっとして、5ワット単独よりも電流は沢山流れているのでは?(つまり省エネとしては逆なんじゃないのか?)という疑念です。 このようなことにつきまして、専門的知識がおありでしたら、是非教えてくださいませ。
- tamaki1954
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>電気代の節約を兼ねて、20ワットの電球を直列に抵抗としてつないでいます。 手もとの 5W の電球の点灯時の抵抗は、計算上 2,000Ω で、非点灯時の抵抗は、240Ω です。 同じく 60W の電球の点灯時の抵抗は、計算上 167Ω で、非点灯時の抵抗は、13Ω です。 20Wの電球は、定格で点灯時の抵抗は、500Ωです。 非点灯時の抵抗は、手元にないので分かりませんが、上の例から点灯時の 1/10 として、50Ω とします。 電球の電流は電圧の0.6乗に比例するといわれています。 式は、 I = k * V^0.6 (式A) です。 http://www.nep.chubu.ac.jp/v17/v17-73-3.html(上記URLの(4)式参照) 確認は取れていません。 上式に 5W 電球の定格値を代入すると、k = 0.00315 となります。 こちらの式を使って計算してみます。 電球の特性について適切な資料が見つかりませんでしたが、その中の 電球豆知識 (白熱電球の構造・特徴)http://www.akaricenter.com/mame/hakunetsu_denkyu.htm に〔電圧と全光束・消費電力の関係〕というグラフがありました。 グラフから指数回帰分析で得られた値 (値B:光束、値C:消費電力) も使って試算してみます。 >5ワットの電球は少し光が抑えられちょうどよい光量です 4ワット相当で光っているとすると、値B から5W電球にかかる電圧は 94V となり、 5W電球の消費電力は、値Cより、4.6W となりました。 これらから電流を求めると、 4.569 ÷ 94 = 0.0486A となります。 また、(式A)で5W電球の電流値を求めると、 0.00315 x 94^0.6 = 0.0482A となります。 両者の平均値は、0.484A です。 20W の電球の消費電力は、 (100 - 94) x 0.0484 = 0.29W 全消費電力は、 4.6 + 0.3 = 4.9W となります。 >ひょっとして、5ワット単独よりも電流は沢山流れているのでは?(つまり省エネとしては逆なんじゃないのか?)という疑念です 難しく考えないで、20W の電球の抵抗値 50Ω が増えたので電流はいくらかは減ると思えよいのです。 しかし、電球の場合、電流が減るとフィラメントの温度が下がり暗くなります。 そうすると抵抗値が減りますので、電流は増加しようとし、結果バランスのとれた所で落ち着きます。 この辺りが電球の場合単純な計算ができないところですが、全抵抗値が以前より減ることはあり得ないので、5W 単独で点灯した場合より電流値は減ります。 ただし、点灯していない電球も電力を消費しますので、このケースの場合、消費電力はトータルとしては、ほとんど変わらないので省エネにはならないと考えればよいと思います。
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- bravo-z
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5ワットの電球が暗くなっているのですから、電流は少なくなっているはずです。電流が増えて暗くなることは有り得ませんから。
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