✨ ベストアンサー ✨
簡単に まとめてみました。
(説明が難しい部分なので、分かりにくかったら ごめんなさい)
おもちさんの回答は、残念ながら不正解になると思います。
なぜかと言うと、豆電球が明るくなったのは、回路全体の抵抗値が小さくなったことが『原因ではないから』です。
もうちょっと詳しく説明しますね。
■原因と結果
確かに今回の問題では、回路全体の抵抗値は小さくなるし、豆電球も明るくなりますよね。
でも、それって実は偶然なんです。この問題では、たまたま そうなっただけです。
例えば、こういうケースを考えてみてください。
--(抵抗器)--(豆電球)--
上の直列回路を、下のように並列にします。
見にくいと思いますが、同じ抵抗器を 2 つ使って並列にしました。上下の回路は両端で つながっていると思ってください。
-----(抵抗器)------
--(抵抗器)--(豆電球)--
この並列回路では、回路全体の抵抗値は小さくなりますが、豆電球の明るさは変わらないですよね?
だって、下の経路は最初の直列回路と同じですし、電源電圧も変わってませんから。
(経路というのは、電池のプラス極から出て、マイナス極に戻ってくる 1 つのループ(輪っか)のことです。上の回路なら、経路は上下 2 つあります)
つまり今回の問題では、回路全体の抵抗値は小さくなり、豆電球も明るくなりましたが、原因と結果の関係にはなってないんです。
それが不正解の理由です。
■経路の抵抗値なら ok
「回路全体の〜」ではなく「豆電球を含む経路の〜」なら ok ですよ。
つまり、これなら正しいです。
豆電球を含む経路の抵抗値が小さくなる
→ 豆電球にかかる電圧と、流れる電流が大きくなる
→ 消費電力が増える
→ 明るくなる
ただ、説明が長くなりすぎて大変ですよね。
■解答例
なので僕だったら、次のように書くと思います。
『豆電球と直列に接続されていた抵抗器がなくなったことにより、豆電球の電圧と電流が大きくなり、消費電力が増えたから』
『消費電力が高いほど明い』と問題文にあるので、これで理論は つながります。
前半の「〜により」は、解答欄が狭ければ省略してもいいと思います。
模範解答だと「豆電球に電圧 2.7V が かかり」とあるようですが、理由としては ちょっと微妙だと思います。なぜなら、電圧が 2.7V かどうかは本質ではないからです。
消費電力は電圧 × 電流なので、本質は『電圧が大きくなったこと』なんですよね。
(たぶん、豆電球にかかる電圧を別のところで求めていて、「2.7V になったということは増えている」ということなんでしょうけど)
不明な点があったら、コメントください。
分かる範囲で答えますので。
回答の前に、ちょっと確認させてください。
1. 『回路全体の電圧』とは、『電源の電圧』という意味で使われてますか?
2. 「また、〜」以降の質問についてなんですが、どの意味でしょうか?
(a) 直列回路があり、それを いじって並列回路を作った。2 つの回路それぞれで、全体の電流が同じだった場合、直列回路のほうが明るいか?
(b) 「回路全体の抵抗が小さい直列回路」と「回路全体の抵抗が大きい直列回路」の 2 つがある。(両方とも直列)
電流が同じなら、後者のほうが明るいか?
(c) その他
お願いします。
1 合ってます。
2 aです。
それでは、回答します。
■回路全体の電圧が同じなら言えるか?
実は、そうとも言えないんです。
回路全体の電圧(電源電圧)が同じだとしても、成り立たないことが普通に あります。
例えば、ある直列回路(この問題とは別物)があり、100mA 流れていたとします。
これを適当に いじって並列にしたところ、全体の電流が 150mA になりました。
このとき、それぞれの経路の電流には、下のような 3 つのケースが ありえますよね。
・豆電球の経路: 120mA (増), それ以外の経路: 30mA
・豆電球の経路: 100mA (同), それ以外の経路: 50mA
・豆電球の経路: 80mA (減), それ以外の経路: 70mA
回路全体の電流は、どれも 150mA です。全体としては増えてます。
電源電圧が同じなので、回路全体の抵抗値は小さくなっていると言えます。
でも、豆電球の電流は増えてないケースもありますね。
ちょっと話は変わりますが、電力の式にオームの法則の式を代入すると、『電力 = 電流 × 電流 × 抵抗値』と変形できます。
豆電球の抵抗値は変わってないので、「電流が増えると、消費電力が増え、明るくなる」と言えますよね。
話を戻すと、「明るくなる」「変わらない」「暗くなる」の どのケースも ありえるということです。
たとえ、『回路全体の電圧が同じだったとしても』です。
並列回路の場合、全体の電流が増えたとしても、どっちの経路に どれだけの電流が流れているかが分からない以上、明るさについては何も言えないんです。
■直列回路のほうが明るい?
はい。この場合、おもちさんの言うとおり、『直列回路の豆電球のほうが明るい』と基本的には言えます。
全体の電流が同じなら、直列回路のほうが豆電球に流れ込む電流が多いですからね。
ただ、他方の経路の電流が 0 の場合だけは例外で、豆電球の電流は変わらないので、明るさも変わりません。
抵抗器のみの経路にスイッチが直列に つながっていて、OFF になっているときが当てはまります。
(ちなみに、『回路全体の抵抗が大きい直列回路』と書かれてますが、電源電圧と電流が同じという前提なら、両方の回路の全体の抵抗値は同じです)
----
ちょっと個人的に思っていることなんですが……
回路そのものを『全体』とすると、豆電球って『部分(一部)』じゃないですか。
部分の性質(明るさとか)を説明するときに、全体の性質(回路全体の抵抗とか)から始めるのは、難しいか不可能なことが多い気がします。
全体で言えることが、部分でも言えるとは限らないからです。(電気以外の話でも同じです)
なので結果から逆算して、「明るくなった ← 消費電力が増えた ← 電流が増えた」みたいに考え、それを逆に辿れば、説明文を作りやすいのかなと思ってます。
丁寧にありがとうございます😭
なるほど!ありがとうございます😭では、私の答えは回路全体の電圧が直列回路と並列回路で同じである時だけいえることということですか?また、電流が同じ時は回路全体の抵抗が大きい直列回路がより豆電球が明るいということですか?