展示ガイド

知識プラスワン

【電圧を変えて明るさをみてみよう】
　電圧を12ボルトにしたときの、それぞれの電球の明るさをみてみましょう。直列に並ぶ電球の数が増えるほど暗くなります。どうして暗くなるのでしょうか。これは、12ボルトの電圧をそれぞれの電球で分けるからです。例えば、2個直列の場合は、1個ずつが6ボルトの電圧で光っているのです。全体の電圧を6ボルトにして1個だけの電球の明るさと比べてみましよう。12ボルト・2個直列と6ボルト・1個とは同じ明るさになることが分かるでしょう。直列の場合は、両端にかかる電圧を電球の数で分け合って光るので、暗くなるのです。
　同じように、全体の電圧が12ボルトのとき、3個直列の場合はそれぞれ4ボルトの電圧で、4個直列の場合は3ボルトの電圧で光ります。全体の電圧は12、6、4、3ボルトに切り替えられますので、1個だけの電球の明るさと比べてみましょう。

【電流を比べてみよう】
　電流とはこの場合電球の明るさと思って下さい。電球が明るく光るときは、電流がたくさん流れます。電流計で確認してみましょう。
　電圧が大きくなると、電球がより明るく光ります。これは、同じ電球でも、電圧が高くなるとたくさんの電流を流すことができるようになるからです。

＜次のことを確認してみよう。＞
(1)12ボルト・2個直列の電球の明るさと、6ボルト・1個の電球の明るさを比べてみましよう。同じ明るさになっているでしょう。

(2)それでは、それぞれの時の電流の値はどうなるでしょうか。ただし、他の電球を点灯させてはいけません。12ボルトの時は2個直列だけを光らせ、6ボルトの時は1個だけを光らせましょう。電球は同じ明るさで光っていますが、片方は1個だけ、もう一方は2個点灯しています。2個点灯している12ボルトの方が電流が2倍になっているでしょうか。

　答えは、同じ電流値になります。どうしてでしょうか。一言でいえば、それが電流の性質なのです。電気はよく水の流れにたとえられます。電池のプラスから流れ出した水が、電球を通ってマイナスに戻ってくる流れです。この時、電流値は流れる水の量にたとえられます。先ほど、電流とは電球の明るさだといいました。ですから、流れる水の量が電球の明るさになります。そうしますと、1本の水の流れ道に何個の電球があっても、それぞれの電球に流れる水の量は変わらないので、明るさは同じになるのです。逆にいえば、電球が何個直列になっていても、明るさが同じならば、流れる水の量、つまり電流値も同じになるのです。

【オームの法則 E=I・R を試してみよう】
　ここから先は、電気に自信がある方にお話します。
　E= I・Rすなわち「電圧=電流x抵抗」のオームの法則をこのオームテーブルで試してみましよう。オームテーブルでは抵抗は電球にあたります。電圧を一定にして、電球の数、すなわち抵抗の数を変化させて電流値をみてみましよう。電球1個のときと比べて、直列2個だけでは抵抗が2倍になるので電流値は半分に、直列3個だけでは1/3になると考えられます。
　しかし、実験してみるとそのようにはなりません。直列3個で約半分の電流値と、計算よりも大きくなります。どうしてこうなるのでしょうか。これを考えてもらうために、電気に自信のあるあなたにお話ししました。
　答えは、電球の抵抗値が、明るさで変化するからです。電球のフィラメントは明るくなるほど温度が高くなります。温度が高くなると抵抗値も高くなるのです。それにより、計算通りには電流が変化しないのです。