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電池と豆電球と電流の関係

mar********さん

2013/1/523:53:56

電池と豆電球と電流の関係

子供の中学入試用の理科のテキストを見ていて、
その記載内容につき、子供に説明しようとしたのですが、うまく説明できず詰まってしまいました。
科目は理科で、項目は電気関係です。
添付を見て下さい。

<その1.電池の直列つなぎにおける電流の変化>
まずは、電池を直列につないだ場合の説明文ですが、
「流れる電流が大きくなり、豆電球が明るくなる」と説明されています。
私の認識では、電池の直列つなぎでは、電圧が大きくなり、それによって電流も増しますが、
豆電球の明るさは電圧が高くなることで明るくなると考えていました。
どう説明するのがいいでしょうか?
自分としては、水を高い所から落として水車を回すイメージで、電池が直列でつながると、
その高さが増し、(電圧が上がる)、それにより水車が勢いよく回ると説明したかったのですが・・・。

<その2.電池と豆電球のつなぎ方による電池の消耗>
つぎに、電池と豆電球のつなぎ方による違いの説明文ですが、
⑧のパターンですが、電池が最も早く弱まると説明されています。
電池が早く消耗するのに、いい説明の仕方はありますでしょうか?

すみません、私自身も、勉強から遠ざかり、自信がないのですが、
どなたか、アドバイスお願いします。

豆電球,電圧,電流,電池,直列つなぎ,水車,水道管

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ベストアンサーに選ばれた回答

iwa********さん

2013/1/606:23:05

電池の直列つなぎでは、電圧が大きくなり、それによって
電流が増すのはその通りです。
でも豆電球の明るさを決めるのは電流です。
というのは別の種類の電池を使ってみればわかります。
006Pと呼ばれる角型 9Vの四角電池
これは電圧が高いですけれど豆電球を明るくできません。
もしかすると点かないかもしれません。やってみてください。
電気の容量が少ないのですね。水にたとえれば高い場所に
タンクがあるのだけれどたまっている水の量は少ない。これで
水車を回すことを考えましょう。
より高いところにあげれば水車に当たる勢いが強くなり
回せそうですが限界がありますよね。

これはストローのような細い管からいくら勢いよく
水を出し水車にあてても回りませんが
遅い流れでも大量の水が流れる川に水車を入れれば
回るということです。

⑧のパターンで電池の消耗が最も速い説明ですが
やはりタンクにたまった水を考えるのが良いかと。
タンクから流れ出す水の量が一番多くなります。
早く水が無くなります。

質問した人からのコメント

2013/1/8 00:18:52

ありがとうございます。
よくわかりました。

ベストアンサー以外の回答

1〜1件/1件中

va_********さん

編集あり2013/1/609:01:22

■比喩に関して
電気回路を水路モデルに比喩する方法は
古くから用いられている理解の方法です。
電圧(電位)を水位に例える事は妥当です。

水道管モデルでの線形の抵抗成分は、水道管の太さに該当します。
電球は非線形なので、その流れ難さを水車に例えることも妥当と思いますが
その水車が発電機と発光装置に直結していること(負荷があること)と、
開放した構造ではなく閉じた水路内に設置された水車であることが重要です。
(開放した構造の水車は大水量が垂れ流されることを許容する構造です)

そして、もうひとつ気をつけなければいけないのは、電源のモデルです。
われわれがジョウロに水をそそぐ際は、一定の高さのままでも注ぐ量を供給側で絞調整して絞れますが
電気回路の水路モデルでは電源は、ナイアガラの滝のような物凄い太さになります。
ソース側では水量を絞れず、電圧に相当する水位しか指定できません。
(水量を絞るのには負荷側の抵抗のみでしか操作できません)

流れにくさを持った水道管(≒電球)に対し、
かける水圧(≒電圧)の大きさに応じて水量が変わります。

■明るさの説明
白熱電球の場合は熱線の占める比率が大きい(9割8分がた熱線)のですが
それを含めた仕事の大きさは 電圧×電流 です。
オームの法則より V=IxR で、 I=E/R なので
電気の仕事である電力は VI = IxIxR = ExE÷R です。
負荷が一定の場合、電圧を変えることで電流も変わります。
電圧を増やすことで仕事が増えるという認識も正しいですし、
電流が増えることで仕事が増えるという認識も正しいのです。

したがって、
「水を落とす高さに応じて、水車の速さが変わるイメージ(での説明)」も正しいです。

■直列の電池に並列の負荷(8番)
水路が並列で経路が太くながれやすくなり、
水源が直列で水圧が高く流れやすくなれば、
エネルギーが尽きるのも早いことは至極当然です。

ほかの構成では、水圧を低く流しにくくしたり、あるいは
経路が細くなって流れにくくなっていたりして、より温存する成分がどこかにあります。

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