電球の明るさについて質問します 市販の電球はワット数が決まっているため、使用する際の電圧は一定でなけ

電球の明るさについて質問します

市販の電球はワット数が決まっているため、使用する際の電圧は一定でなければならないとあったのですが、
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/5655965.html

問題として同じ明るさにする、等の問題の場合の電球も電圧は一定であるとして解くものなのでしょうか？

例えば画像問題⑸について、電球DFは異なる電圧の値をとりますが、それは大丈夫なのでしょうか？

あと、⑷の問題の答えはI=2A V=40V
ですが、⑸の答えには電球Dが⑷と同じ明るさになるためにはI=2A V=40V出なくてはならないと書いてあるのですが、W=80でありさえすればI=1A V=80V でもいいということにはならないのでしょうか？

よろしくお願いします

質問者からの補足コメント

• ご回答ありがとうございます！
  なるほどそれは考えないのですね！
  
  すみません添付できていませんでした…！

  
    補足日時：2017/06/24 12:40

• Yhrさん、すみませんお礼の途中で投稿してしまいました、
  
  お礼に書いた考え方であっていますでしょうか？

    補足日時：2017/06/25 00:16

No.8 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2017/06/25 00:29

No.7です。

「お礼」に書かれたことについて。

＞つまり
＞①D,Eを10V 1AにするためにFには2A流れなくてはいけない
＞②特性のグラフで2Aのときの電圧を読む(3V)
＞③1+3=4V

電圧を10倍にすれば「そのとおり！」です。

①D,Eを10V 1AのままにするためにFには2A流れなくてはいけない
②特性のグラフで2Aのときの電圧を読む(30V)
③10+30=40V

ということです。

ついでにもう一言書いておくと、問題では「電圧計の読み」と「電流計の読み」しか与えれれておらず、「電球の明るさ」には全く言及がありません。図2も「電圧計の読み」と「電流計の読み」の関係です。

従って、(5)で「同じ明るさのままにする」条件は、「同じ電圧、電流のままにする」と読むのが「唯一の正解」なのだと思います。
その意味で、上記のように①→②→③ときちんと「読み取れる」グラフを提示しているという点で、「とても工夫されたよい問題」だと思います。

この回答へのお礼

すみません10倍ですね…間違えました！

なるほど、そういうことも文面から読み取れるということですね！
よくわかりました！！
長々とお付き合いくださりありがとうございました！

お礼日時：2017/06/25 00:32

No.7 回答者： yhr2 回答日時： 2017/06/24 23:09

No.5です。

＞ほとんどわかったのですが、明るさを同じにするということは電流、電圧をそれぞれ等しくしなくてはいけないのでしょうか？
＞電流と電圧の積が等しければいいのであれば、D.Eの電圧を10V.1Aにしなくてはいけない理由がなくなってしまうと思うのですが…

No.6で、逆に混乱させたかもしれません。
電流と電圧の積が等しければ、消費電力（ワット）は等しくなりますが、それで同じ明るさになるかの保証はありません。
「同じ明るさ」という条件を満たすには、「同じ電圧、同じ電流」と考えるべきでしょう。

No.4はそういう答えにしてありますし、問題の解答・解説でもそのようにしています。

この回答へのお礼

なるほど、やはり同じ組み合わせでないといけないのですね…！

つまり
①D,Eを10V 1AにするためにFには2A流れなくてはいけない
②特性のグラフで2Aのときの電圧を読む(3V)
③1+3=4V

お礼日時：2017/06/25 00:15

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/06/24 16:43

問題の判読がかなり難しいので、一般論だけ。

>問題として同じ明るさにする、等の問題の場合の電球も電圧は一定であるとして解くものなのでしょうか？

電圧が一定なら明るさも一定でしょうから解く意味ありません。
白熱電球なら、既定の電圧以下の電圧をかけても壊れたりはしないでしょう。暗くなるだけです。

>⑸の答えには電球Dが⑷と同じ明るさになるためにはI=2A V=40V出なくてはならないと書いてあるのですが、
>W=80でありさえすればI=1A V=80V でもいいということにはならないのでしょうか？

電球によって V-I 特性は決まっているはずです。同じ電球で I=2A V=40V と I=1A V=80V は
ありえないでしょう。Vが増えてIが減る V-I 特性では負性抵抗です(^^; 江崎ダイオードか？
電球ではありえないですね。

同じ電圧/電流で同じ明るさとなるとして、解くべきですね。

この回答へのお礼

すみません最初の値がミスでした…
なるほど、市販のものはそういう仕組みなのですね
参考になりました
ありがとうございます！

お礼日時：2017/06/25 00:10

No.5 回答者： yhr2 回答日時： 2017/06/24 16:18

No.4です。

No.3の「お礼」に書かれたことについて。

＞この時ワット数を⑷と同じく20ワットにすれば、Dの電流と電圧の組み合わせはどんな組み合わせでも同じ明るさにすることが可能になるのでしょうか？

電球の「公称ワット数」を誤解されているようですが、これは「電球の性能」「電球の明るさ」のようなものを表わしているのではなく、「標準的な使い方のときの消費電力」を表わしているにすぎません。
100ワットの電球を、どんな電圧につないでも「100ワットで光る」というようなことではありません。

今回の問題でも、あくまで「電球には、何Vの電圧で何Aの電流が流れるか」で、そのワット数（消費電力）が決まります。
当然、同じ消費電力（ワット数）にするには、いろいろな電圧と電流の組み合わせがあり得ます。

ですから、No.4には単純に「可変抵抗の代わりに入れた電球には、電流 2.0A 、電圧降下 30V 」と書きましたが、これはたまたま図2の特性にそういう動作点があったからで、一般的には「可変抵抗の代わりに入れた電球の電流とその電流における電圧降下、それと電球 D,E の電圧と電流（その積である消費電力が交換前と一致する）」を「双方の電流が一致する条件下」で探さないといけません。その点、この問題では「グラフから答が読み取れる」ように工夫されてできています。（とても工夫されたよい問題です）

念のため。

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2017/06/24 16:01

No.2&3です。

ああ、確かに(5)はそんな単純なことではないですね。

(4) では「10V, 1.0A」で使ってたのと同じ電球を、可変抵抗のあった「電圧：20V, 電流：2.0A」のところに挿入するわけですから。

このときには、図2の特性からは「抵抗値が大きくなる」方向に行きますので、全体の電流は小さくなり、電球 D, E は暗くなりますね。
電球 D, E の電圧を 10V, 各々の電流を 1.0A（2つ合わせて2.0A）にするには、図2の特性からすると
　「可変抵抗の代わりに入れた電球には、2.0A 、電圧降下 30V 」
相当にしないといけませんね。
　そのためには、電池の起電力を 40V に上げてやらないといけません。

　そう、電球の「抵抗」が、流す電流（つまり温度）で変化するという、No.2の最初に書いたことを忘れていました。やはり「高等物理」です。

この回答へのお礼

ありがとうございます
ほとんどわかったのですが、明るさを同じにするということは電流、電圧をそれぞれ等しくしなくてはいけないのでしょうか？
電流と電圧の積が等しければいいのであれば、D.Eの電圧を10V.1Aにしなくてはいけない理由がなくなってしまうと思うのですが…

お礼日時：2017/06/24 16:20

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2017/06/24 15:01

No.1です。

失礼しました。書き方を間違えました。

(4)では、電池の起電力が 30V ですよね？　それで電圧計の指示が V=40V になることはあり得ませんが。
　グラフの感じからは
　　I = 2.0A
　　可変抵抗の電圧降下：20V
　　並列電球の電圧 V=10V
　　電球１個あたりの整定電流（グラフより）：1.0A
　　電流計の読み（電球２個並列の電流）：2.0A　　←上の I と一致
ぐらいかなあという感じ。
つまり
　V=10V, I=2.0A　　　　　　←ここの V の値が違っていました。

この回答へのお礼

本当にすみません⑷の値を打ち間違えました

おっしゃる通り⑷の値は10V 2Aです
⑸は40V
が答えです

可変抵抗に変えても、全体の電流は変わらないとご回答いただいたのですが、⑷の可変抵抗を⑸で電球に変えるという問題設定のようです

この時ワット数を⑷と同じく20ワットにすれば、Dの電流と電圧の組み合わせはどんな組み合わせでも同じ明るさにすることが可能になるのでしょうか？

お礼日時：2017/06/24 15:46

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2017/06/24 14:55

No.1です。

追加画像が掲載されたのでひとこと。

No.1では「初等理科」などと書きましたが、この問題は「温度によって抵抗値が変化する」という「高等物理」の問題ですね。
ただし、電球は「与えられた直流回路で、与えられた電圧、電流条件で、その「電力」に比例した明るさで光る」という「前提条件」での話です。（その点ではNo.1の「初等理科」と同じ条件です）

(4)では、電池の起電力が 30V ですよね？　それで電圧計の指示が V=40V になることはあり得ませんが。
　グラフの感じからは
　　I = 2.0A
　　可変抵抗の電圧降下：20V
　　並列電球の電圧 V=10V
　　電球１個あたりの整定電流（グラフより）：1.0A
　　電流計の読み（電球２個並列の電流）：2.0A　　←上の I と一致
ぐらいかなあという感じ。
つまり
　V=20V, I=2.0A

(5) 上記のときの電球１個あたりの抵抗は
　　　R ＝ 10(V)/1.0(A) ≒ 10(Ω)
なので、これを「10Ω」の可変抵抗に変えても、全体の電流は変わらないので電球はほぼ同じ明るさになるでしょう。
　なので、同じ明るさにするには、今と同じ 30V の電池でよいということになりますが、なんか問題としてはつまらないですね。

　どこか間違えているかなあ？

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2017/06/24 12:26

＞市販の電球はワット数が決まっているため、使用する際の電圧は一定でなければならない

あくまで交流100Vの商用電源で使うことを前提にしているからです。
これを理科の実験で「直流1.5V」の乾電池をつないでも点灯しません。

初等理科の電球の問題では、そういう実際的・実用的なことは無視して、「電圧」「電流」「電力」の関係、そして「オームの法則」による「電圧」「電流」「抵抗」の関係を「機械的に」使うことを前提にしています。

力学で「まさつがない」「空気の抵抗がない」というのと同じような「仮想的な条件下」で解くということです。

ちなみに、

＞画像問題⑸、⑷

というのが見つかりません。