私は素人ですので用語に誤りがあってもご容赦願います。
これは昔持っていたブルーバックスシリーズに載っていた問題です。
解答も載っていたと思いますが忘れたのでここで質問させて頂きます。
地球から太陽くらいの距離の超巨大な直列回路があり、電球が3つ、それぞれ隣の電球まで等しい距離に付いているとします。電源は直流とします。
この回路のスイッチを入れた場合、電球はどの順番に点灯するのでしょうか?
(1)陽極側から順番に点灯する。
(2)陰極側から。
(3)全て同時に。
電子の移動速度は光速に等しいと思いますが、電線の中では抵抗があり相当ゆっくりなはずです。地球から太陽くらいの距離があれば、光速で移動しても7分以上かかりますからスイッチを入れてから一番遠くの電球が点灯するのは数分経ってからなのでしょうか?それとも、電線中の自由電子は全て一斉に動き出し、スイッチを入れた瞬間に点灯するのでしょうか?
詳しい方、できれば専門家の方の意見を聞かせてください。
よろしくお願いします。
No.4
- 回答日時:
専門家ではありませんが知っていることを述べます。
電子の移動速度は、銅の場合秒速1cmくらいです。アリの行列より遅い速度です。
ただし、回路全体へ電子の移動が伝わる速度は光速に近いです。
次に、電源から離れた場所にある場合。
スイッチが切れている時は、スイッチを境に電位差がある状態なので、スイッチを入れた瞬間、スイッチ付近の電子が移動を開始します。徐々にスイッチから離れた場所の電子も移動開始します。
そして電球の辺りの電子が移動し始めるとその電球が点灯します。
従って、スイッチに近い電球から順番に点灯することになります。
No.3
- 回答日時:
(1)3つの電球が並列になっていて距離が離れている場合は、電源に近いものから点灯します。
(質問外の場合)(2)直列の場合は全て同時に点灯します。
電線には端から端まで自由電子が充満しています。スイッチが入ると陽極にホールが出来ます。ここに電線から電子が移動し、その後に隣の電子が移動、これが連鎖的におきて、最後は陰極からでた電子が最後のホールを埋めます。このような電子の移動が大量に連続的に起こった場合マクロ的には電流が流れたと観測されます。従ってマクロ的には電線内の自由電子が同時に隣の席に動きます。回転寿司のコンベアの寿司は全て同時に動きますが、あれに似た感じです。
No.1
- 回答日時:
専門家ではありませんが、次のように考えられるのではないでしょうか。
先ず、次のことが前提にあることを確認させてください。
a)3つの電球は一直線上になく、3つの電球から等距離にある点が存在する。
⇒ 電球が点灯した順序の観測を保証するため。
b)3つの電球と電源、スイッチは次のように接続されている。
(電源+端子)-(電球A)-(電球B)-(電球C)-(スイッチ)-(電源-端子)
c)回路を作って(スイッチは断)十分な時間がたってから、スイッチを入れる。
これらの前提が置かれていたとすれば、答えは、
「(2)陰極側から順番に点灯する。」
ということになるかと思います。
理由は次の通りです。
1)スイッチを入れる前までは、3つの電球とも(電源+端子)と同電位にあり、スイッチの(電源-端子)側は(電源-端子)と同電位にある。
2)スイッチを入れることにより、スイッチの(電源+端子)側から徐々に電位低下が起こり、(電球C)で最も早く電位差が生じ、その後、(電球B)、(電球A)の順で電位差が生じる。
設問の仮定に不備がある中、回答頂きましてありがとうございました。
他の回答者様の回答と合わせて参考にいたします。
ありがとうございました。
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