豆電球の発熱と光

質問

質問１．豆電球 に電池を繋ぐと発熱します。電池を繋ぎっぱなしにすると温度はどんどん高くなりそうですが、実際は、一定の温度で止まるような気がします。なぜでしょうか？
質問２。豆電球の目的は光をとりだすことです。乾電池からの供給エネルギーの内、発熱と光へのエネルギーの配分はどれくらいでそうか。

回答No.5

Higurashi777 · ベストアンサー

質問１について：
豆電球は回路的には一種の抵抗です。電池をつなぐと発熱するのは、導体に電流を発生する「ジュール熱」という理論から発熱します。
電圧V,電流Iが流れる回路の場合、t（秒）電流を流した場合の発熱量Q(t)は以下の式で表されます。
Q(t)＝VIt （単位ジュール）

なので、この式上では時間が経過すれば経過するほど発熱量が増加する（＝高温になる）ですが、実際には一定の温度で上昇が止まります。これを「平衡（へいこう）」と言いますが、これは「豆電球は発熱を続けるが、周りの空気の温度が低いのでそこに熱が流れていってしまいます。これを「放熱」と言いますが、発熱の温度上昇の速度と放熱での温度低下の速度が一致した時点で温度の上昇は実質的に停止します。

質問２について
白熱電球（豆電球）の場合、一般的には変換効率は10%と言われています。これは、「可視光線（人間が光として見える部分）が10%、それ以外（赤外線や紫外線の「目に見えない光」と熱として放出されてしまう分）が90%」ということになります。
これが蛍光灯の場合は変換効率20%程度、LED電球の場合は40-50%となります。

以上、ご参考まで。

お礼

私の知っている基礎知識でも分かる論理的な
解説、ありがとうございました。

回答No.4

hiro_1116

とりあえず、質問１について。
外部に逃げていく熱とのバランスですね。

回答No.3

tetsumyi

電球は目に見える光よりも赤外線領域で放出されるエネルギーがずっと多いです。
それで温度が高くなると入ってくる電気エネルギーと可視光線と赤外線で放出されるエネルギーがバランスした状態で安定します。
https://www.matsushitas-lighting.com/beans-spectral.html
パネルヒーターは光は出しませんが赤外線領域だけで熱を直接放出します。
100W同等のLED電球は８Wですから実際に可視光となるのは１０分の１以下でしょう。

回答No.2

sirasak

１．豆電球 に電池を繋ぐと冷えている時は抵抗値が低いので発熱し、明るくなって抵抗値が高くなって一定の抵抗値になった時点で温度も安定して止まると思います。
２.電球の目的は光をとりだすことで、白熱灯の光への変換効率はLEDや蛍光灯30％位？よりも低くて8％位？と思います。
それで供給エネルギーの内、発熱と光へのエネルギーの配分は8％位では？
他は熱に変わります。

回答No.1

tzd78886

何故どんどん上がると思ったのでしょうか。フィラメントの抵抗値が一定であるなら電流は変化しません。