電球の明るさ

息子「電球って，どことどこに線をつなぐと光るか知ってる？」
僕　「ここと，ここでしょ？（側面と下部を指さしながら）」
息子「（少し不満そうに）やっぱり，知っているか･･･。」

僕　「さすがに，物理の先生だからね。そのくらいは知っているよ。いま，学校で電球の勉強しているの？」
息子「うん，理科で豆電球の実験をしているよ。」
僕　「そうしたら，パパに電球クイズを出してみて？」

息子「電池をこういうふうに2個つないだら，明るさが2倍になるの知ってる？」
僕　「2倍？明るさが2倍になるってどうやって測ったの？」
息子「あ，やっぱり2倍は測っていないから2倍じゃないかもしれない。学校でやった実験だと，単に明るくなるってことがわかっただけ。」
僕　「そうしたら，何倍か測ってみようか。」

僕　「こないだ，電気回路をこういうふうに，水の流れで説明したの覚えている？（下図）」

僕　「水の高さに対応するのが，電圧，水の流れる量に対応するのが，電流だったよね。豆電球に電池をつないだときに，豆電球から出る光のエネルギーは，実は，電圧の値と電流の値を掛けたもの（消費電力）にだいたい比例するんだよ。比例っていうのは，電圧の値と電流の値をかけたものが2倍，3倍になったら，光のエネルギーも2倍，3倍になるってことだよ。」

僕　「人が感じる"明るさ"は色とかによっても変わってくるから，"明るさ"じゃなくて，ここでは"光のエネルギー"が電池の個数によって，どう変わるかを調べてみよう。」

手元にあった豆電球に電圧計，電流計，電源をつないで，測定をして見ると下のようなグラフになった。

豆電球の消費電力をP[W]，電圧をV[V]としたとき，これらの2つの間には

P=cV^a　

の関係がある。cは定数で，aは，だいたい1.5から1.7の値になる。

僕　「電池1個だとおおよそ1.5V，電池2個だとおおよそ3Vだから，1.5Vのときの値0.29Wと3.0Vのときの値0.81Wを使って調べてみよう。0.29から0.81だと何倍になっている。」

息子が電卓をたたく。

息子「0.81÷0.28=2.79･･･。2倍より大きい！」
僕　「電池2個で2倍じゃなかったね。」

僕　「ところで電圧を変えたときに，光の色について何か気づかなかった。」
息子「電圧の大きさを大きくすると，色がオレンジから白っぽくなる？」
僕　「これはこないだ話した星の温度の話と同じ理由だね。」