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豆電球のフィラメントの抵抗値はわずか数Ωだと思うのですが、ガラス球(真空?)の中で焼き切れることなく点灯します。
2本の導線を繋いだらショートするのに、フィラメントはなぜショートしないのですか?
また、AC100Vの白熱電球や電気コンロのニクロム線も同様にショートしないのはなぜですか?

質問者からの補足コメント

  • うれしい

    フィラメント自体が無酸素状態(真空、不活性ガス)の中で切れずに光ることと、抵抗値が低いのにショートしないこととは別々の質問にしたほうが良かったかな?と皆さんのご回答を拝読して思いました。
    これまでのご回答の数々に感謝致します。

      補足日時:2020/09/25 20:30

A 回答 (10件)

豆電球が抵抗を持っているからです。



ショートは電流が一度にたくさん流れる状況で、
電線でショートすると言うのは、抵抗が限りなくゼロに近い状態で極間を「短絡」させるのです。
抵抗があると電流が流れにくくなり「短絡」しなくなります。
豆電球の抵抗は10Ωほどあります。
この10Ωが電流を抑制して「短絡」しないわけ。
白熱電球やニクロム線も抵抗があります。

ちなみに空気はとてつもなく大きな抵抗を持っています。
1,000,000,000Ωとかね。
空気は抵抗が大きくて、まったく電流が流れないのです。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

仮に電池を1.5Vで計算すると豆電球の抵抗は10Ωなので回路に流れる電流は0.15Aですね。
一方、ショートさせると(それでも導線自体の抵抗値がわずかにあるので)100Aくらいは流れますね。これでは明らかに発熱・焼き切れるでしょう。
つまり、10Ω程度の負荷でも0.15Aほどになる。よって、ショートしないわけか・・

お礼日時:2020/09/25 15:24

ショートの意味わかっていますか?



日本語で言えば短絡。抵抗値が限りなく0に近いものに、電圧がかかった場合の現象です。

オームの法則で言えば

I=E/R

ですから、Eが一定で、Rが(限りなく)0になれば、電流が無限大になる。これがショートです。

電球もニクロム線も抵抗があるので、その抵抗なりの電流が流れますから、ショートしませんね。そして、抵抗は、その名の通り電流の流れにくさを作り出す摩擦のようなもの。そこを電流が流れると熱や光が出る、それが電球や電熱器ですね。

なお、10Ωなどを小さい抵抗と言っていますが、どういう意味でしょう?
銅の抵抗は、長さと断面積から計算できますが、桁違いに小さい。電池につないだ電線程度なら、ほぼ0と考えていいぐらい小さいのです。
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この回答へのお礼

No.5さんのご解答で電球(フィラメント)や電熱器(ニクロム線)がショート(短絡・・意味分かってますよW)しない理由が分かりましたので、一応この件は解決済みです。まもなく締め切るつもりです。
あと、No.5&No.6さんのお礼にある電流値は勿論オームの法則で求めました。

>なお、10Ωなどを小さい抵抗と言っていますが、どういう意味でしょう?

↑当初、フィラメントの抵抗値は数㏀~数㏁だとばかり思っていて、それから見れば豆電球が10Ωだと知り、単純に比較しての言葉です。
勿論、回路の導線(銅)の抵抗値の微小さから見ればはるかに大きいことは承知してます。そのあと実際に家庭にある白熱電球の抵抗値を実測しました。いずれも10Ω~20Ωの範囲でした。

>一方、ショートさせると(それでも導線自体の抵抗値がわずかにあるので)100Aくらいは流れますね。

↑No.5さんへのお礼の中にある私の文章ですが、これは回路を短絡させた時の導線の抵抗値を仮に0.015Ω(概ね実測値)とした場合、計算により出しました。
テスターの精度の関係でこれが限界値と思われますが、まあ便宜上は限りなく0に近いかと。
この位だと(摩擦=抵抗、が無く)大きな電流が流れるので↓ 

>日本語で言えば短絡。抵抗値が限りなく0に近いものに、電圧がかかった場合の現象です。

ですね。

お礼日時:2020/09/26 00:53

ご存じのとおり、フィラメントを空気中で通電すると光と熱を発して一瞬で焼き切れる。


電気が熱と光に変わったのである。

なぜフィラメントの中で光と熱が発生するのか。
それは電気が通りにくく、無理やり通ろうとして摩擦を発生するからである。
光や熱は、無理やり通ってエネルギーを費やした結果である。
この摩擦がすなわち抵抗である。

真空中では酸素がないためフィラメントは燃えないが、電気が通りにくく光と熱を発生することには変わりない。

ニクロム線は光を出さなくても熱を出すので、上と同じことが言える。
そのニクロム線も、熱によって温度が上がると黒体放射による熱を出す。
結局フィラメントと同じことになる。

導線の場合、そのような通りづらさがない。
なので正極から負極にするっと通電してしまう。
①電池の性能を超える電流が生じ、電池が破損する
②導線に大電流が流れる結果、わずかな抵抗でも加熱することになる。最終的に超高温になる。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

お礼日時:2020/09/26 00:00

>実際に100V40W球のフィラメントのテスター実測値は約20Ω



おおっ!実測されたんですね!
温度が上がれば抵抗値が大きくなることは知っていましたが、
やっぱり、結構、抵抗値は変わるものですねぇ~(^^)
それから、エジソンの時代には、電球から空気を抜いていたみたいですね。
大昔の電球の頭の部分が尖っているのは、空気を抜いた時の跡だって聞いています。
やっぱり、真空にするより不活性ガスで満たす方が簡単なんでしょうね。
いやぁ~、身近には不思議が結構転がっていますよねぇ~。
私の今の疑問は、“なんで電流って導線に沿って流れるか?”です。
ある程度、疑問は解消したのですが、まだ分からない所があります(^^;)
・・・どうでもいい事を書いてゴメンなさいm(_ _)m
エジソンの電球のとんがりで、チクチク遊んでみたいですね・・・(アホ)。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

お礼日時:2020/09/25 23:56

小学生ならまだ習っていませんが



電流=電圧÷抵抗

となって抵抗が限りなくゼロに近づくと
過電流となってショートします。

ニクロムやフィラメントは抵抗があるのでそこで消費されるので
過電流は発生しません。

中学で習いますよ。
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この回答へのお礼

中学時代、理科の時間寝てたもんで!W

お礼日時:2020/09/26 01:01

単純化して、交流で無く直流で考え、電圧は正直に100Vかかるとします。


100Wの電球の場合、抵抗値は100Ωです。
とりあえず、計算式(消費電力の式)
100W=100V×100V/R  この式から抵抗値Rを求めます
つまり、フィラメントの抵抗値は小さいとは言えません。
それに対して、導線と言われる物は抵抗値が小さくなるように作られています。
導線は、何かの電気機器を接続するのに使いますので、
導線に加わる電圧は100Vよりはるかに小さな電圧しか加わりません。
したがって、発生する熱も小さくなります。
ただし、導線だけを100Vに接続すると、当然ショートします。
もちろん、導線に大きな電圧が加わると、導線が発熱して、
エネルギーの損失になりますので、
そうならないように設計されています。
つまり、フィラメントも導線も発熱の基本的なメカニズムは同じです。
電球では、フィラメントが熱で酸化しないように、
通常、不活性ガスが入れられています。
電球の中を真空にするのは、昔の話です。
電気コンロのニクロム線にどんな工夫がされているかは知りませんが、
やっぱり、酸化を防ぐ工夫がされていると思います。
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この回答へのお礼

>100Wの電球の場合、抵抗値は100Ωです。

抵抗には温度係数というのがあって、温度が上昇すると比例して抵抗値は増えるのでたぶん消灯時の実測値はそれよりもかなり小さいでしょう。
実際に100V40W球のフィラメントのテスター実測値は約20Ω。点灯時は2000~2500°Cになり、温度計数から抵抗値は10倍になりますから約200Ω。よって回路には0.5A流れます。
一方、100W球では実測値は10Ω位かと。で、点灯時に100Ωとなりますね。
当然、回路に多くの電流が流れ明るく光ります。それでも概ね1A位なので安全なのですね。電気コンロのニクロム線は実測したことはありませんが、やはりある程度のRはあるでしょうから安全に発熱するのですね。
あと、導線は繋ぐという本来の目的のために出来る限り抵抗値が小さくなるように作られている由分かりました。

>電球の中を真空にするのは、昔の話です。
エジソン電球の頃かな?W

お礼日時:2020/09/25 16:19

No.1:追記



電球が光るのは、フィラメントから電磁波が発生しているからです。その電磁波の可視光域が光となって目に見えるのです。燃えている(酸化)ものから出る光とは違いますので、酸素を必要としません。電球の中に酸素がある場合は、熱により燃えて(酸化)しまいます。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

お礼日時:2020/09/25 16:50

通過する電流に耐えれるかどうかの違い。


因みにショートとは電流が無限大に流れると考えれば良い。無限大には耐えられないから。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

無限大・・?
あくまで回路の中での電流値だと思いますが(導線にもわずかに抵抗値がありますので)。

お礼日時:2020/09/25 14:43

電球があれば電球の中のニクロム線が電気を消費して熱変換して光となります。


直付けの電線は消費する電球部分が無いために電線自体が空気中で燃焼してショート爆発します。
電球でなくてもモーターに置き換えればわかりやすいですが、こちらは回転へと消費変換されるという事です。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

質問の主旨とは違う回答です。
電気エレルギーを光や熱、回転に変換するのが分からないのではなくて、負荷(フィラメント)の抵抗値が少ない(数㏀~数㏁ならともかく数Ω)だけでも短絡(ショート)しないのが不思議なのです。

お礼日時:2020/09/25 14:31

電球の中には酸素がない(=燃えない)からです。

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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

酸素がない環境でどうして光るのですか?

お礼日時:2020/09/25 14:09

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