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タングステンフィラメント

一般小学生

まとめ

タングステンフィラメント
白熱電球などの内部で電流を流すことにより高温となり、光を放出する高融点のタングステンで作られた細い線

解説

タングステンフィラメントは、電気エネルギー光エネルギーに変換する白熱電球の心臓部です。タングステンは金属の中で最も高い融点(約3422℃)を持ち、高温になっても溶けにくい性質があるため、強い光を放つフィラメントの材料として最適です。電流が流れると電気抵抗によってジュール熱発生し、フィラメントが白熱して光を放ちます。

電球の明るさ消費電力(W)に依存しますが、接続方法によって明るい電球が異なります。以下の表は、消費電力の異なる電球を接続した際の明るさの比較です。

接続方法 明るい電球 理由
並列接続 W数が大きい電球(例:100W) 抵抗が小さいため、流れる電流が大きくなり消費電力が増える
直列接続 W数が小さい電球(例:40W) 抵抗が大きいため、かかる電圧が大きくなり消費電力が増える
コラム

フィラメントの太さや長さは電気抵抗に直結します。電熱線の実験において、太くて短い線は抵抗が小さいため、並列につないだ際にはより多くの電流が流れ、水の温度を素早く上昇させます。また、電球内部にはフィラメントの酸化を防ぐためにアルゴンなどの不活性ガスが封入されていますが、長期間の使用によりタングステンが昇華して細くなると、最終的に断線して寿命を迎えます。

小学生のみなさんへ

電球の中をのぞくと見える、くるくるとした細い線のことを「タングステンフィラメント」といいます。電気を通すと、この線がとても熱くなって、まぶしく光りだします。

この線は「タングステン」という特別な金属でできています。ふつうの金属は、熱すぎるとすぐに溶けてしまいますが、タングステンは熱にとても強く、高い温度になっても溶けずに光り続けることができるのです。

理科の実験で使う豆電球や、おうちの白熱電球の中で使われています。最近はLEDが増えてきましたが、電気の力で熱を出して光る仕組みを支える大切な部品です。

ルラスタコラム

フィラメントがバネのように「ぐるぐる巻き」になっているのはなぜでしょう?それは、できるだけ長い線をせまい場所に詰め込んで、たくさん熱を出して明るくするためです。近くで見ると、さらに細かく巻かれた「二重コイル」になっていることもあるんですよ!

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 タングステンフィラメントが電球の材料として適している最大の理由は何か
金属の中で最も融点が高く、高温になっても溶けにくいため
【応用】 100Wと40Wの電球を直列につないだとき、どちらが明るく輝くか
40Wの電球。直列回路では抵抗の大きい40W電球に大きな電圧がかかり、消費電力が大きくなるため
【実践】 電球の寿命が来ると「フィラメントが切れる」のはなぜか
高温でタングステンがわずかずつ蒸発して細くなり、電気抵抗が増してさらに高温になった箇所が耐えきれず溶断するため

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