電球が点灯する順番

質問

これは意外と難しい質問です。
電気・電界の発生のありかたについてです。

豆電球が三つあります。AとBとC。
それから電池が一つ、Dとしましょう。
それから配線1mを四つ。

回路はこんな感じです。

------B-----
|　　　　　　　　|
|　　　　　　　　|
A　　　　　　　C
|　　　　　　　　|
|　　　　　　　　|
--(+)D(-)S--

(+)と(-)は電池の極性を表します。
Sは簡単なスイッチです。

Sをオンにすると、当然ながら全ての豆電球が点灯します。

それで質問ですが、Sをオンにした瞬間から、どの順番で豆電球は点灯しますか？

１）同時
２）A, B, Cの順番
３）C, B, Aの順番
４）AとCが同時、次にB
５）Bの次にAとCが同時
６）ランダムに点灯
７）順番を確認する事そのものが不可能

なぜその順番になるかの理屈も知りたいのです。電気の流れ、配線中の電子の流れ、電界の発生速度（？）などを含めてお答えいただければ幸いです。

よろしくお願い致します。

回答No.5

Rossana

『１）同時』
電界を視覚的に表す電気力線は近接作用の考え方から順番にA，B，Cと行くと思います．
ところが，電流というのは同時に動きます．電子はびっしりと詰まっています．銅のような導体内部では，自由に移動できる電荷は１立方センチあたり13,600クーロンという膨大な量になります．これはとっても長い新幹線の例で例えるなら，東京を出発すると，東京～新大阪間まで全てつながっている長い新幹線だったら，動いたと同時に終点新大阪に到着する事になりますね．ということで回路一周コンニャクのようなものが詰まっていると考えれば最初，A，B，Cの所に印を付けておくと，同時にA，B，Cの位置は移動しますね．

補足

その電界はどこからどこへ発生するのでしょうか。
電界のスピードは光速ですか？
電界が現れてからではないと電子が動かないのですか？

回答No.4

sakocchi

１）に一票。

電流の正体は結局自由電子ですね。
こいつは普段は導線の中でバラバラ好き勝手に動いてます。
ご存知の通り、いわゆる負の電荷なので
電位差、つまりここで言う電池が接続された時点で
導線の両端に電位差が発生し、
導線中で好き勝手に動いていた自由電子が
一斉に正の電位側へ吸い寄せられていきます。

そこで抵抗となっている
それぞれの電球（抵抗）の部分で発熱して
それが光として現れているわけです。

と、いうわけで、抵抗値等が全く同じ条件であれば
電球は同時点灯という理屈になると思います。

どうでしょ？

補足

＞電池が接続された時点で 導線の両端に電位差が発生

この過程を説明してください。一瞬に電位差が発生することですか？どのようなメカニズムで？

回答No.3

taka113

「同時」です。

こう想像してください。電線はホースになっていて水が満たされています。この水は自由電子です。

ホースの片方から水を入れると、内部の水は押し出されるように反対側から出てきますね？
導体内部は自由電子で満たされていて（厳密には違います）これと同じ現象がおきます。つまり、電池から注入された電子が電球のところまで移動してから仕事をするわけではなく、電子が注入されたことによって押し出された電子が電球に仕事をします。
この理論では事実上タイムラグは発生しません。

補足

そうだとすると、Bまでの情報伝達が瞬時（同時）になってしまいません？光速より早くなることはありえないでしょう。又、自由電子は配線中では圧縮されながら移動するんではなかったですか？で、自由電子はお互いにつながっているわけでもないですよね。

回答No.2

junijuni

>例えば、電池のマイナス側に電子が「溜まって」いるので、スイッチがオンになると、それが配線の中で流れ…

この認識がちょっと違うのではないでしょうか？
空っぽのホースに水が流れていく様子をしてらっしゃるようですが、そうではなく回路中にはすでに電子が存在していて、電圧をかけることでそれが一方向に流れる、と考えるほうが正しいのでは？

補足

それはそうなんですが、その「電圧」とはなんでしょう？電子同士が押し合うことですか？それから回路にはスイッチが入る前には電圧はゼロですよね。スイッチをいれたとたん、どこからその「電圧」が生まれて、回線の中の電子を動かすのでしょうか。

回答No.1

ruehas

こんにちは。
「全て同時」だと思います。
これは直列回路ですから、全ての電球に通電されなければどれひとつとして点灯しないはずです。

補足

早速のご回答、ありがとうございます。
要は、「通電」とはどのような意味か、がポイントなんです。
スイッチがオンになってから、「電気」が流れ始まる訳で、それがどこから始まって（配線中の電子の流れとして）、その通過点にある豆電球が順番に点灯するのではないか、との考えについての質問です。
例えば、電池のマイナス側に電子が「溜まって」いるので、スイッチがオンになると、それが配線の中で流れ、よってCが先に点灯するのでは、との考えはいかがでしょうか。