物理学です。 フィラメントの長さと白熱電球の電流電圧特性ってどういう関係があるんですか？長さが分かる

物理学です。
フィラメントの長さと白熱電球の電流電圧特性ってどういう関係があるんですか？長さが分かるとオームの法則に従わない理由がわかるんですか？詳しくお願いします。

No.3 ベストアンサー 回答者： isoworld 回答日時： 2021/05/26 17:54

白熱電球は正規の電圧をかけて点灯させると、フィラメントの温度は3,000℃を超えるくらいの高温になります。

そうするとフィラメントの抵抗値が点灯させる前（フィラメントの温度が室温のとき）よりも大きくなります。

白熱電球にかける電圧を下げて行くと、フィラメントの温度も下がり、フィラメントの抵抗値は室温時の抵抗値に近づいていきます。

つまり、抵抗値は温度によって変わり温度はかける電圧によりますから、抵抗値は電圧によって変わるわけで、結果として電圧と電流は正比例の関係が成り立ちません。この特性を非線形といいます（比例の関係が成り立つ特性は線形と称します）。

例を上げると、100Vで57Wの白熱電球は、電圧、電流、抵抗値は次のようになります（私の実験データです）。
電圧（V）　　　　電流（A）　　　抵抗値（Ω）
　　1　　　　　　　0.04　　　　　　25
　　3　　　　　　　0.10　　　　　　30
　　6　　　　　　　0.14　　　　　　43
　 10　　　　　　　0.17　　　　　　59
　 20　　　　　　　0.235　　　　　 85
　 30　　　　　　　0.29　　　　　 103
　 50　　　　　　　0.40　　　　　 125
　100　　　　　　　0.57　　　　　175

長さは関係ありませんが、かける電圧が同じでフィラメントの長さだけを変えると、フィラメントの温度が違ってきますから、長さと電流の比例関係（反比例）は成り立ちません（非線形ということになります）。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2021/05/26 18:29

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2021/05/26 17:36

「フィラメント」は、基本「抵抗」ですから、

・抵抗値は「長さ」に比例する
・抵抗値は「断面積」（つまり「太さ」）に反比例する

という特性があります。
「長さ」だけでは決まりません。

「抵抗値」が決まれば、オームの法則に従います。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2021/05/26 18:28

No.1 回答者： angkor_h 回答日時： 2021/05/26 17:24

白熱電球のフィラメントは、

一定の電流が流れて発熱し、その一定の発熱温度で利用する、
というものです。
電流熱温度により抵抗が変化する、非直線素子です。

> フィラメントの長さと白熱電球の電流電圧特性って
その利用点について言えば、
単位抵抗値は同じ、発熱量も同じ、と考えれば、
P=R*I*I、R∝L(フィラメント長)、V=I*R
この関係でまとめれば良いでしょう。

> 長さが分かるとオームの法則に従わない理由がわかるんですか？
この関係とは別なものです。
オームの法則はオームの法則です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2021/05/26 18:28