懐中電灯の仕組み




懐中電灯とは主に乾電池などを使用して、豆電球やLEDを付けるようにした携帯用のライトのことです。

懐中電灯をアメリカ英語では「フラッシュライト」といいます。イギリスでは懐中電灯のことを「トーチ」というそうです。

最近の懐中電灯には、消費効率が良いLEDを使った商品が多くなってきました。

懐中電灯が光る仕組み

豆電球型の懐中電灯の仕組みを、簡単な配線図にすると次のようになります。

●各部分の働き

  • 豆電球…光を発生するもの
  • 電 池…電流を流すもの
  • スイッチ…電気を流したり、止めたりするもの

一般的に電池のプラスは、豆電球に直接接続するようになっています。懐中電灯の筒が金属の場合、電池のマイナスは、筒にスイッチを通して接続されています。

筒を利用する方が効率が良いためと考えられます。

また、電池の電圧は1.5Vから3V位なので、金属部分に直接手で触れても安全性に問題はありません。

豆電球には極性がありませんので、電池のプラスとマイナスを豆電球につなぐと電気が流れて豆電球が光ります。

懐中電灯のスイッチが開いているとき


図1のように、乾電池と豆電球の間にスイッチを付けて、それぞれを電線でつないだ構造になっています。

スイッチが開いているときは、当然のことですが電気が流れることはありませんので、豆電球が光ることはありません。

懐中電灯のスイッチが閉じているとき

図2のように、スイッチを閉じたときは電気の通る道ができるので、回路に電気が流れて豆電球が光ります。

正確に言うと、豆電球を使用した懐中電灯には、電池の極性はありません。

しかし、実際の懐中電灯には電池の向きが指定されています。

なぜかと言うと電池にはデッパリがあるため、うまく接触させる工夫がされているので電池の向きが決められているのです。

LEDを使った懐中電灯の仕組み

発光の特徴は、電子のエネルギーを直接、光のエネルギーに変えられるということです。

このことは、電球のように発熱することがないので、LEDを使った懐中電灯は消費電力が少なくてすむということになります。

  • LEDは発光ダイオードと言われるもので半導体の一種です。
  • ダイオードとは整流作用を持つ半導体なので、極性があります。
  • 極性があるということは電流を一定方向にしか流しません。
  • アノードにプラス、カソードにマイナスの電圧を、かけなければ電気が流れないということです。
  • LEDを発光させるには、ある程度の電圧が必要で乾電池1つ(1.5V)では発光しないようです。大体(4,5V)位必要なLEDが多いようです。

LEDを使った懐中電灯の回路図

  • 回路としては豆電球のところがLEDと抵抗に変わっただけです。
  • LEDは極性があると同時に、発光するために必要な電圧があります。
  • 必要な電圧以下では、電流も流れませんし、また発光もしません。
  • スイッチ(SW)を入れると、電圧がかかり電気が流れて光ることになります。
  • R(抵抗)は電流が流れすぎないようにするものです。

豆電球とLEDの懐中電灯の違い


懐中電灯も色々な種類があります。

  • 上図の左の写真は点灯部分に豆電球を使用しているもの。
  • 上図の右の写真は点灯部分にLEDを使っているものです。
  • 最近では豆電球の代わりにLEDが使われるようになってきて、点灯時間がとても長くなりました。

豆電球とLEDのものでは、消費電力が大きく違います。

豆電球が光るのは、フィラメントという細い金属に電気を流すことによって、そこから出てくる光を利用しています。

ただし、消費電力のうち熱として失われる割合が大きくなっています。ライトとして見た場合は、熱の部分は損失になります。

一方で、LEDは半導体と言われるものの一種で、結晶の中で電子が結合した時に放つエネルギーによって、発光するために熱が出ることはありません。

そのため、LEDを使った懐中電灯は消費電力が少なく、長時間発行することができます。

電池のつなぎ方と注意点

同じ電池を2個以上使う懐中電灯は、電池の極性(プラスとマイナス)の向きに注意が必要です。

どのようなものでも、電池を使うものは極性を正しく入れることが何よりも重要です。極性が反対になっていると、動作しません。

点灯部分に豆電球が使われている懐中電灯は、正確に言えば極性はありません。

しかし、電池の接触がしやすくなるように、電池を入れる方向が予め決められています。

LEDが使われている懐中電灯は極性がありますので、極性を間違えると点灯しません。

懐中電灯に入れる電池は、電圧が1.5ボルトの乾電池がよく使われています。

電池の直列接続
図Aの電池を図Bの様に、電池の[プラス-マイナス-プラス-マイナス]のようにつなぐ方法を「直列接続」といいます。

直列接続にすると、電圧はその電池の個数だけ加算されます。この場合は2個なので、3V(ボルト)になります。電圧を高くして使いたいときに、つなぐ方法です。

電池の並列接続
図Cのように、電池の[プラスとプラス-マイナスとマイナス]をつなぐ方法を「並列接続」と言います。

並列接続にすると、電圧は1.5V(ボルト)で変わりませんが、電池の容量は増えることになります。

以上で「懐中電灯の仕組み」の説明を終わります。




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