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再度利用させていただきます。よろしくお願いいたします。

物理の実験で、オームの法則の検証をしました。
そのとき、豆電球は、3.8V0.3A と 2.5V0.3Aの規格のものを
つかいました。

実験1として、直列に豆電球を2つつなぎました。
すると、2.5V0.3Aの規格のものの方が明るく光りました。
そのときの電流は0.16Aで、電圧は、それぞれ0.4V、0.9Vでした。

実験2として、並列に豆電球をつなぐと、3.8V0.3Aの規格の
ものの方が明るく光りました。
そのときの電圧は、1.2Vで、電流はそれぞれ0.23A、0.4Aでした。

どうして、直列と並列では、豆電球の明るさが逆転するのですか?
消費電力かと思ったんですが、どうやら計算してみると違うようです。
教えてください。よろしくお願いいたします。

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A 回答 (5件)

質問の書き方が間違っていると思います。


質問の間違いを正した結果としては
3.8V0.3A は直列では明るく、並列では暗くなります。
2.5V0.3A は直列では暗く、並列では明るくなります。

3.8V0.3Aの電球をA
2.5V0.3Aの電球をB 
として、抵抗値で検証します。

規格よりの抵抗値
A=3.8÷0.3=12.7Ω
B=2.5÷0.3=8.3Ω
公称値ですので、この抵抗値が合っているかどうかは別として
相対比較でAの方が抵抗値が大きいです。

実験1
A=0.4÷0.16=2.5Ω
B=0.9÷0.16=5.6Ω

実験2
A=1.2÷0.23=5.2Ω
B=1.2÷0.4=3Ω

実験1と実験2で抵抗値が入れ違っています。
これはあり得ないので、実験1の結果を逆に考えます
A=0.9V  B=0.4V とします。

実験1での消費電力
A=0.9V×0.16A=0.144W (明るい)
B=0.4V×0.16A=0.064W (暗い)

実験2での消費電力
A=1.2V×0.23A=0.276W (暗い)
B=1.2V×0.4A=0.48W (明るい)

直列と並列で明るさが逆転する理由
直列では電流が一定となります。
電力は 電流×(電流×抵抗)となりますので、抵抗値が高い方が明るくなります。
並列では電圧が一定になります
電力は 電圧×(電圧÷抵抗) となりますので、抵抗の小さい方が明るくなります。
上記( )内は、電圧または電流を計算しています。
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「明るさ」の定義について。

一般的には電球から出る光の総量を示すので、消費電力に比例とは言わないまでも、近い関係があります。しかし、光の総量はフィラメントの温度と表面積に関係するので、フィラメントの温度が高くてもフィラメントが小さければ、暗くて消費電力は少なくなります。でも豆電球を見た時の明るさは、フィラメントの温度で判断しませんでしたか?フィラメントの大きさが違えば、消費電力と「見た目の明るさ」が食い違うことはあり得ます。
色々な現象が含まれていて難しい実験ですが、面白い結果だと思うので、みなさんの意見も参考に頑張って下さい。
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#1です。



電球を使ってオームの法則を検証するのは難しいのです。
フィラメントに使われるタングステンの抵抗値は
1000度のときと3000度のときでは3倍ことなります。
おそらく定格電圧のときに3000度になっていると思いますが,それ以下の電圧のときは定格の抵抗値より
だいぶ小さくなっています。
なので,フィラメントの明るさが違う→温度が違う→抵抗が違うので,オームの法則だけでは説明できないのです。
ちゃんとやるにはそれぞれの電球について印加した電圧と電流のグラフを書いてからはじめないといけないと思います。
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>実験1として、直列に豆電球を2つつなぎました。


すると、2.5V0.3Aの規格のものの方が明るく光りました。
そのときの電流は0.16Aで、電圧は、それぞれ0.4V、0.9Vでした。

この実験は誤りですね。

直列の場合、抵抗値が高い方が、明るくひかるので、
3.8V0.3A タイプの方が明るくなるはずです。

実験をやり直してください。
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これって,あまり良い実験になっていないと思います。

電球の電圧定格が違うということは最適な発光をする電圧値が違うということなので,電球に投入する電力と明るさは電球によって変わってしまいます。
つまり,最適な電圧では当然3.8Vの電球の方が明るいはずですが,最適電圧でないときにはフィラメントの温度が下がってしまい,簡単には電力と明るさの関係が言えなくなります。
物理的には一個の電球にかかっている電圧が決まれば電流がきまり電力が決まります。そのときのフィラメントの温度が何度になるかで(フィラメントの大きさも関係しますが)明るさが決まります。
単純にオームの法則の検証のための実験と割り切って,明るさの議論にしないほうが良いと思います。
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