電球フィラメントで発光する理由

質問

エジソンは中国の竹でフィラメントを試作し、京都の竹でフィラメントを量産したそうです。竹やタングステンがフィラメントに使われるのは、電気抵抗が大きいからですよね。電気抵抗の小さい銅線より電磁波（光と熱）を多く放出できるのですね。

フィラメント内では、電子が加速運動と減速運動を繰り返しながら前進しますか。電子が電磁波を放出するのは、加速時？減速時？

回答No.2

QCD2001 · ベストアンサー

フィラメントが発光するのは温度が高温になるからです。
電気抵抗とは直接は関係ありません。
フィラメントで消費される電力は
Ｗ＝Ｉ×Ｖ＝Ｖ／Ｒ×Ｖ
＝Ｖ＾２÷Ｒ
となります。
なお　Ｖ＾２　はＶの2乗を表します。
式を見てわかるように、Ｒが小さい方が消費電力Ｗは大きくなり、温度が上がるので、発光しやすくなります。

＃１の回答者がおっしゃるように、融点の問題で竹炭が使われました。
銅線も細くすれば電気抵抗は大きくなります。
明るく発光させるためにはＷを大きくする必要があり、そのためにはＲを小さくする必要があります。Ｒを小さくするために銅線を太くすると、銅は熱伝導性が良いため、熱が外へ逃げてしまい、温度がなかなか上昇しません。ですから、適度に熱伝導性が悪く、電気伝導性が良く、融点が高い材質が良いわけです。

＞フィラメント内では、電子が加速運動と減速運動を繰り返しながら

違います。電子はフィラメントに加えられら電圧により加速度運動をし、結晶格子にぶつかって停止し、電圧によって再度加速し、結晶格子に衝突して止まり、さらに電圧によって加速し、結晶格子に衝突して止まり、を繰り返します。加速運動はしますが、減速運動はしません。

発光するのは温度が高くなるからです。電子が加速度運動をするからではありません。
電子が加速度運動をすることで発光するのであるなら、1.5Ｖの豆電球は、電圧が低くて電子の加速度が小さいので発光しないはずです。１０Ｗの電球と１００Ｗの電球は電圧が同じ１００Ｖであるなら同じ明るさになるはずです。しかし、同じ１００Ｖで電子が加速されていても、明るさが違います。これは電子が電圧で加速されることで発光するのではないことを示しています。

回答No.1

ohkawa3

＞竹やタングステンがフィラメントに使われるのは、電気抵抗が大きいからですよね。
部分的には合っていますが、総合的には合理的な理由ではありません。
白熱状態で発光する温度（2000K以上）で溶融しないこと、蒸気圧が低く昇華の速度が遅いことなどが重要な理由です。

白熱電球の歴史の中では、ジルコニアとイットリア、オス
ミウム、タ ン タ ル 、チタニウム、ジルコニウム、イリジウムなど多くの材質の使用が試みられる中で、カーボンが実用化され、その後、タングステンの優位性が認められることになりました。

https://sts.kahaku.go.jp/diversity/document/system/pdf/070.pdf