
初めまして。
定期テストを控えた子どもから質問され困ってます。。
どなたか教えて下さい。
家庭用の電源に40Wと100Wの豆電球が直列につないであります。
問題1 電気抵抗はどちらが大きいか。
問題2 電球にかかる電圧はどちらが大きいか。
問題3 このことから考えるとどちらが明るくつくか。
直列の場合、電流は同じなのでワット数が大きいほど
電圧が大きいと思ったら答えは逆。そこで挫折してしまいました。
どうぞよろしくお願いします。
追伸
並列につなぐと100Wの方が明るい、というのが
但し書きにありました。
同じ電圧で100Wの方が明るいなら100Wの豆電球のほうが
抵抗が小さいと判断して解き始めたらよいのでしょうか?
No.1ベストアンサー
- 回答日時:
100Vでそれぞれつけると
100W/100v=1A
100V/1A=100オーム
40W/100V=0.4A
100V/0.4A=250オーム
直列につなぐと
100V/(100+250)=0.286A
100W電球の電力:I^2R=0.286×0.286×100=8.18W
40w電球の出力:I^2R=0.286×0.286×250=20.45w
予想に反して40W電球の方が明るいのです。
> 100Wの豆電球のほうが抵抗が小さいと判断して
その通りです。
>100W電球の電力:I^2R=0.286×0.286×100=8.18W
>40w電球の出力:I^2R=0.286×0.286×250=20.45w
明るさというのは電力をさすのですね。
数字で見ると、納得です。
No.5
- 回答日時:
典型的なだまし問題ですね。
計算式は皆さんにお任せするとして(単純 オームの法則ですから)
一般家庭の配線は、並列接続です。
各電球には、100Vが供給されています。
100Wの方が明るいですから、電流がたくさん流れます。
電流がたくさん流れると言うことは、抵抗が小さいと言うことです。
問題は、直列接続です。
100W+40Wに100Vが供給されるので、
100Wにも40Wにも同じ電流が流れます。
抵抗の小さい100Wの方が、電圧負担(電圧降下)は小さくなります。
流れる電流が同じであれば、抵抗の小さい100Wが暗くなります。
付録
直列接続では100Vにかかる抵抗は、100W電球+40W電球となります。
つまり、100Vに40W電球をつないだときより大きな抵抗をつなぐことになります。
40Wの時より電流が流れないので、40W単独の明るさに比べて、100W+40W合算した明かりの方が暗くなります。
オームの法則で計算して確認してみてください。
電力=電圧×電流
電流=電力÷電圧
抵抗=電圧÷電流
電流=電圧÷電流
電圧=抵抗×電流
何十年かぶりの理科で参考書と教科書ガイドを片手に
記憶をたどるのに四苦八苦でした。
あの時代にただ暗記していたことが今頃になって
しっかり理解できよかったと思います。
感謝いたします。
No.4
- 回答日時:
まず、100W球の方が抵抗が小さいことを確認しましょう。
40W球が単独で100Vの電源に接続されたとき、
W=VI (W:電力、V:電圧、I:電流)
∴I=W/V=40/100=0.4 [A]
の電流が流れています。
また抵抗値は、
W=V^2/R (R:抵抗)
∴R=V^2/W=100^2/40=250 [Ω]
と求められます。
同様に、100W球が単独で100Vの電源に接続されたときのことを考えて、
I=W/V=100/100=1 [A]
R=V^2/W=100^2/100=100 [Ω]
と求められ、抵抗値を比べると100W級のほうが小さいことが確認できます。
さて、問題に対する答えですが、問題1は既に上で見てきましたように、40W級の方が電気抵抗が大きいことが分かります。
また、問題2ですが、直列接続のときは、2つの電球に流れる電流は共通ですから、電気抵抗が大きいほうが電圧が大きくなります。(オームの法則の V=IR です。)
したがって、40W級の方が電圧が高いことが分かります。
問題3については、簡単の為に、明るさは電力に比例すると仮定しますと(本当は違いますが)、
W=VI
ですから、電流が共通であれば、電圧が高い方が電力が大きくなります。電圧が高い方は、問題2で既に40W球であると得られていますから、明るくつくほうも40W球であることが分かります。
基本の豆電球のワット数の違いの意味がよくわかりました。
実際に数字を当てはめてみれば
とてもわかりやすいです。
ありがとうございました。
No.2
- 回答日時:
>同じ電圧で100Wの方が明るいなら100Wの豆電球のほうが
>抵抗が小さいと判断して解き始めたらよいのでしょうか?
Yes
100Wの電球は、100Vで1A流れるということですから、100Ω
40Wの電球は、100Vで0.4A流れるということですから、250Ω
てことで、この2つの電球直列につなぐと、
100Wの電球には、100 * 100/(100+250) = 28.6V
40Wの電球には、100 * 250/(100+250) = 71.4V
の電圧がかかります。
流れる電流は同じなので、40Wの電球のほうが明るくなるはずです。
ただし、電球は非線形抵抗なので、それぞれの電球にかかる電圧は、本当は上の計算とは違います。
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