豆電球の直列接続・並列接続

　前回は、豆電球の明るさを比べることにより、シャープペンシルの芯に電流が流れるのを妨げる働きがあることを確認しました。今回は、豆電球自体の性質を見てみることにします。

　シャープペンシルの芯では、順番に（直列に）２本の芯を接続することで１本のときよりも電流が流れにくく（豆電球が暗く）なりました。では、豆電球を直列につなぐとどうなるのでしょう。早速実験で確認してみます。なお、結果のわかりやすくなるように今回は電池を４本直列接続したものを電源に使用しています。(これまでは２本直列接続した物を使用していました。)

　写真で分かると思いますが、左は豆電球２本を直列に接続したもの、右は１本だけを接続したものです。豆電球を２本直列に接続すると、２本の豆電球は両方点灯するのですがその明るさはとても暗くなってしまいました。

　この結果を覚えておいて、次に進みます。シャープペンシルの芯では並べて(並列に)２本の芯を接続すると電流が流れやすく(豆電球が明るく)なりました。では、先ほどと同様に豆電球を並列につないでみることにします。

　写真では配線がぐちゃぐちゃしてしまっていますが、豆電球を２本並列に接続すると、２本の豆電球はもちろん両方点灯しますし、しかもその明るさは１本だけを点灯させるときとほぼ同じになることが分かりました。さて、この結果を整理すると次のとおりです。

　どうしてこのような結果になったか分かりますか？乾電池には、接続されたものに電流を流そうとする働きがあることを思い出して考えてみてください。

　さて、冷静に考えると豆電球はシャープペンシルの芯と同じように、電流が流れるのを妨げようとする働きがあるに過ぎないことが分かります。（分かりますか？）電池は接続されたものに電流を流そうとします。そこに、豆電球を接続すると、電流を流すまいと抵抗されながらも電流が流れて豆電球が明るく点灯します。これは、下の図の右のように、電池がせっせと水(＝電流)を流そうと圧力をかけて水(電流)を押しているのに対して電球はちょうど配水管がぎゅっと細くなっている(細管)ために流れる水(電流)の量がある程度の大きさ以上にならないというイメージをして下さい。

　つぎに、豆電球を２本直列にして電池に接続すると、それぞれの豆電球が電流を流すまいと抵抗するので電池が先ほどと同じだけの力で電流を流そうとしても、流れる電流は先ほどよりも少なくなってしまいます。電流が少ないので、豆電球は暗くしか光らないのです。これは、豆電球という細管が２本連続して接続されているために、電池が同じ圧力で水(電流)を流そうとしても１本のときよりも流れる水(電流)の量が少なくなってしまうというイメージをして下さい。

　最後に、豆電球を２本並列にして電池に接続すると、電池は両方の豆電球に同じように電流を流そうとします。それぞれの豆電球は当然１本だけを接続したときと同じように電流が流れるのを妨げようと抵抗するので、それぞれに流れる電流は１本だけを接続したときと同じです。つまり、それぞれの豆電球が１本だけ接続したときと同じ明るさで点灯します。これは、電池がある圧力で水(電流)を流そうとした場合、細管が２本並んで取り付けられているので、それぞれの細管に１本だけ取り付けたときと同じだけの水(電流)が流れるのだとイメージしましょう。

　乾電池などが電流を流そうとする働きを「電圧」と呼ぶのですが、実は電圧があるときに電流が流れると電気は仕事をします。仕事とは、例えば豆電球の場合は「光る」という働きです。ところで、シャープペンシルの芯にも電流を流すまいとする働きがありましたが、電池にシャープペンシルの芯を接続したらやはり電流が流れるはずです。豆電球の場合は光りましたが、シャープペンシルの芯では何が起こるのでしょう？実は、シャープペンシルの芯は「熱を出す」という仕事をしているのです。熱を出しても目に見えるわけではないので、熱を出すという仕事をしていることに気づかなかっただけなのです。

　念のために書いておきますが、本当に熱を出して熱くなっているかどうか確かめるためにシャープペンシルの芯を指で触ったりしないでください。まず、大丈夫とは思いますが、万一ひどく熱くなっていたらやけどをしてしまいます。なにより、電流が流れているものを直接指で触るなんて電気技術者の卵である皆様方のすることでは決してありません。なにしろ、感電の危険がある(乾電池くらいではまず感電しませんが．．．)のですから。

　ちなみに、電熱線の類は基本的に電流を流れるのを妨げようとする材料に電圧源をつないで電流を流したときに発生する熱で温まる仕組みになっています。今回のシャープペンシルの芯と電池の組み合わせは、極小サイズの電気ストーブだったわけです。

　これまで、シャープペンシルの芯や電球の直列接続・並列接続について調べてきました。次回は、電池の直列接続・並列接続について見ていくことにしましょう。

　さて、KamiSimを用いて上記の実験をしましょう。今回は、電池を6Vに、電球を6V4Wに設定して下さい。あとは、いつもの通り、部品を接続するだけです。まずは、電球を１つだけ接続した場合です。

次は、電球を直列・並列に２つ接続する場合です。

　確かに、電球を直列接続するとそれぞれ暗くなり、並列接続であればそれぞれ、１本だけ接続した場合と同じ明るさで点燈することが分かると思います。

電気通になろうへ戻る