電源コードの通電性と電気消費速度の関係

質問

電源コードを細くする事によって電気の消費速度を遅らせる事は出来ますか？
例えば、乾電池で豆電球を光らす場合、理屈上は電源コードをウンと細くする事により通常よりも豆電球を暗めに光らせる事が出来ると思いますが、その通りですか？
電源コードの材質は変えずに細くした場合の話です。
もしその通りの場合（暗めに光らせた場合）、電池の減る速さが遅くなるので発光時間が長くなると思われますが、その通りですか？
電源コードを細くする代わりに甘めの接点等を作る事により部分的に通電性を悪くする事で発光時間を長くする事が可能だと思いますが、その通りですか？

豆電球を光らす場合、一般的な太さの導線を使った場合でも導線自体に電気抵抗が有るので導線は人が感知できない程度に発熱しているという認識ですが、
材質は変えずに細くした場合、豆電球は暗めに光ると思いますがその場合でも導線の体積当たりの発熱量は同一という認識で正しいですか？　電源に変更がないという想定です。

よろしくお願いします。

回答No.3

kantaro1985 · ベストアンサー

だから、ご自分で色々と条件を変えて計算してみて欲しいと書いたのですが、やっていただけなかったようですね。
計算してみれば、すぐに分かる事なのですが。

じゃあやってみましょうか。

添付の図で、Rxが豆電球の抵抗値。
電池1個で点灯させるとして1.5Vです。
電線の抵抗値が、それぞれRa,Rbです。

豆電球の仕様は、1.5V、0.3Aの仕様の豆電球を使うとします。
電線は、断面積0.2㎟(平方ミリメートル)でRa側・Rb側、それぞれ長さ1mとしましょう。
断面積0.2㎟で1mの長さの電線は、およそ0.1Ωになります。
　Ra=Rb=0.1Ω
豆電球は、1.5V 0.3Aの仕様なので
　Rx=1.5/0.3=5Ω

これらの合成抵抗は
　Ra+Rx+Rb=0.1+5+0.1=5.2Ω

電流値は
　1.5V/5.2Ω=0.2885A
Ra,Rbによる電圧降下は
　0.2885A*0.2Ω=0.0577V
豆電球にかかる電圧は
　1.5V-0.0577V=1.4423V
豆電球の消費電力は
　1.4423V*0.2885A=0.4161W=416.1mW
電線でロスする電力(=電線の総発熱量)
　0.0577V*0.2885A=0.0166W=16.6mW
このようになります。

次に、電線の断面積を1／10にしてみましょう。
断面積は0.02㎟で抵抗値は断面積に反比例するため抵抗値は10倍になり同様に長さ1mだと1Ωになります。
　Ra=Rb=1Ω
豆電球の抵抗値はそのままなので、合成抵抗は
　Ra+Rx+Rb=1+5+1=7Ω
電流値は
　1.5V/7Ω=0.2143A
電線の断面積を1／10までj、電流は約25%の低下です。
Ra,Rbによる電圧降下は
　0.2143A*2Ω=0.4286V
豆電球にかかる電圧は
　1.5V-0.4286V=1.0714V
豆電球の消費電力は
　1.0714V*0.2143A=0.2296W=229.6mW
豆電球の電力は半分より少し多い程度ですね。

電線でロスする電力(=電線の総発熱量)
　0.4286V*0.2143A=0.0918W=91.8mW
豆電球のワット数は半分ぐらいになったので暗くなりましたが、電線の断面積を1／10にすると、電線の消費電力は5.5倍程度に増えました。
電線の場合、消費電力は全て熱に変換されるので、発熱量も5.5倍程度です。

電線の抵抗値は、長さに比例し、断面積に反比例するので、発熱量を体積あたりの数値で表すことは出来ません。

補足

そこまで厳密な計算結果は求めていませんので、「はい、そうです。」と一言コメントを貰えればこちらとしては満足です。
詳しい回答、ありがとうございます。

回答No.6

ohkawa3

回答(1)再出
電線を細くするとどのような結果になるか、実際の豆電球（2.5V 0.3A）のデータに基づいて計算してみました。
電源の電圧は3.0V一定（乾電池2本直列）として、電線の材質は銅線、往復の長さを10mと仮定しました。
グラフの横軸は、電線の直径（mm）です。
上側のグラフは、電線の太さに対して、豆電球が消費する電力（オレンジ色）と電線が消費する電力（青色）を表しています。電線を細くすれば、トータルの消費電力は減少することが読み取れます。
下側のグラフは、電球の明るさ（全光束）を表しています。電線を細くすれば、明るさが減少することが読み取れます。
電線を細くすれば、ご指摘の通り、トータルの消費電力を削減することは可能です。消費電力の削減の割合よりも、電球の明るさの低下の割合が大きいので、「光を得る」という目的では、電線を細くするほど効率が低下することにに留意なさってください。

なお、上記の内容は、乾電池を電源とした小容量の電気機器の場合で、電気用品安全法などの規制を受けないと仮定しました。

回答No.5

m_and_dmp

電源コードを細くする事によって電気の消費速度を遅らせる事は出来ますか？
>>できます。
貴殿もおっしゃるとおり、「理屈の上」でのことです。実際のやりたいといことでしたら、コードを細くする方法はおすすめではありません。

豆電球にもいろいろありますが、乾電池２個使用した懐中電灯に使かわれているのは2.5V/0.5A (1.25W) のものが多いです。抵抗値は5Ωになります。消灯している時はそれより多少大きい値になります。
パナソニックの資料によると、単一マンガン乾電池を、0.5Aで放電すると、放電終止電圧(0.9V)に達するのに約6時間かかるとされています。
電流を低減すると、終止電圧に達するまでの時間は長くなります。電流を1/2(0.25A) に低減すると終止電圧に達するまでの時間は2倍の12時間よりかなり長くなります。これは乾電池の特性によるものです。
電流を低減することは電気の消費の速さを小さくすることになります。
電流を1/2 に低減するには、電池と豆電球の間に抵抗を接続します。豆電球の抵抗値は5Ωで、電流により変わらないものとすると接続する抵抗の大きさは5Ωになります。
これを電源コードを細くすることにより実現するには、市販の最も細いと思われる電線AWG39 の抵抗値は1mあたり約2.7Ωなので、この電線電約2mを池と豆電球の接続に使用したら良いと思います。

補足

質問の意図としては、電気の消費速度を遅くしたい（省エネ）という事です。

電線を細くしようと考えた理由は、電線と抵抗は別物だと思ったからです。でもまぁ大体同じようなものという事が解りました。

回答No.4

kantaro1985

この前の回答で、タイプミスがあったので訂正します。

誤：電線の断面積を1／10までj、電流は約25%の低下です。
↓
正：電線の断面積を1／10まで下げた場合、電流は約25%の低下です。

なお、回答No.1の方も言及されている通り、私の計算は豆電球のような単純な抵抗負荷の場合に成り立つ計算であり、スイッチングレギュレーターなどのように、入力電圧が下がると電流を増やす制御をし、逆に入力電圧が上がると電流を下げる制御をして、電力が同等になるように制御されているような負荷では、このような計算は成立しないことにご留意下さい。

このような負荷では、負荷側の電力が同等になるように制御されますから、電線を細くして電線の抵抗値が増えると、電線でのロスが増える分、全体の消費電力が増えてしまうことになります。

ところで、この質問をされた意図は何でしょうか？

単純に考えて、抵抗値を増やして電流を減らそうとするなら、電線を細くするのではなく、まずは直列に抵抗を接続することを検討するのではないかと思うのですが、抵抗を挿入せずに、電線を細くしようと考えた理由は何でしょうか。
抵抗なら抵抗値の違うものを何個か用意して、取り替えてみて試してみるとか出来ると思うのですが、電線の抵抗値となると、この太さと長さならおよそ何Ωとは言えても、抵抗値のバラツキも大きく、正確な抵抗値を制御しにくいので現実的ではない方法だと思うのですが。

補足

質問の意図としては、電気の消費速度を遅くしたい（省エネ）という事です。

電線を細くしようと考えた理由は、電線と抵抗は別物だと思ったからです。電線の場合は一定の発熱量を維持しながらも電流を抑制できるという風に勘違いしてました。

回答No.2

kantaro1985

＞材質は変えずに細くした場合、豆電球は暗めに光ると思いますがその場合でも導線の体積当たりの発熱量は同一という認識で正しいですか？　電源に変更がないという想定です。

色々と認識が間違っている点が多すぎて、全部を指摘してるととんでもない長文になるのでやめておきますが、特に上記の点については完全に認識を間違っています。

材質が同じなら、電線の抵抗値は、電線の断面積に反比例します。
あとは、御自分でオームの法則を使って色々と条件を変えて計算してみれば理解できると思います。

補足

材質は変えずに細くした場合、豆電球は暗めに光るというのは正しいですよね？

では、導線を細くすると抵抗値が上がるので発熱量は増えるという事ですか？　でも、流れる電気が減るので豆球が暗めになるんですよねぇ？
豆球が暗めになるし導線の発熱量も増えるが、確かに電池の減る速度は遅くなる、という事ですか？

回答No.1

ohkawa3

負荷の性質が、豆電球のように、供給電圧にが下がると消費電力が低下する場合は、電源コードを細くして電源コードの抵抗値を高くすることで、消費電力をある程度低下させることが可能です。
しかし、負荷の性質は、供給電圧よらずにほぼ一定の電力を消費するものもありますので、電源コードを細くしても消費電力を低下させることができない（かえって、全体として消費電力が増える）場合もあります。
また、電源コードの太さ（断面積）は、電流を安全に流すことができることを基準に最低値が決められていますから、無暗に細くすると法令違反になる場合もあります。ここでいう法令とは、電気用品安全法などです。
さらに、電源コードの太さ（断面積）は、負荷が正常に動作している場合だけでなく、短絡事故が起こったような場合に、電源側のブレーカーが電流を遮断するまでの時間の過電流にもち堪えることも考慮して基準が決められています。

上記のとおり、電源コードを細くことで、ご指摘の通り消費電力を少なくできる場合もあり得ますが、安全上の規制があり、電力供給効率が低下する方向なので、省電力の目的で電源コードを細くことは行いません。