直列と並列、豆電球が明るいのはどっち？
電池1個に豆電球1個をつないだときを「ふつう」として、つなぎ方を変えるとどうなるかをまとめました（このシミュレーターの計算による目安です）。
| つなぎ方 | 豆電球1個の明るさ | 電池の持ち |
|---|---|---|
| 電池1個・豆電球1個 | ふつう | ふつう |
| 電池2個を直列 | 明るい（電流2倍） | 短い（1/2倍） |
| 電池2個を並列 | ふつう（電流1倍） | 長い（2倍） |
| 豆電球2個を直列 | 暗い（電流1/2倍） | 長い（2倍） |
| 豆電球2個を並列 | ふつう（電流1倍） | 短い（1/2倍） |
覚え方のポイントは、電池の直列は「明るいけれど早くなくなる」、電池の並列は「明るさは同じで長もち」です。豆電球はその反対で、豆電球の直列は「暗いけれど長もち」、豆電球の並列は「明るさは同じで早くなくなる」になります。
どうしてつなぎ方で明るさが変わるの？
電池は、電気を押し出すポンプのようなものです。電池を直列につなぐと、ポンプの力が足し算になって、たくさんの電気が流れるので豆電球が明るくなります。電池を並列につなぐと、押し出す力は1個のときと同じですが、2個で分けあって働くので長もちします。
豆電球は、電気を通しにくい「じゃまもの」でもあります。豆電球を直列につなぐと、じゃまものが1本道にならぶので電気が流れにくくなり、暗くなります。並列につなぐと、道が分かれてそれぞれに1個のときと同じだけ電気が流れるので、明るさは変わりません。そのかわり、電池から出ていく電気の合計がふえるので、電池は早くなくなります。
おうちの方向けに言うと、豆電球をすべて同じ抵抗とみなし、オームの法則（電流＝電圧÷抵抗）で計算しています。明るさは本来、消費電力（電流の2乗×抵抗）で決まりますが、小学校や中学受験では「豆電球に流れる電流が大きいほど明るい」とくらべるのが一般的なので、表示も電流の倍率にしています。実際の豆電球は、フィラメントが熱くなると抵抗が大きくなるため、明るさの差は計算より小さく見えることがあります。
おうちでの実験のやり方
用意するもの：豆電球（2.5V用）とソケット 2〜3個、単3乾電池 2〜3本と電池ボックス、ミノムシクリップつきの導線。小学4年生向けの「電気のはたらき」の実験キットにも、ほとんど入っています。
- 電池1個と豆電球1個をつないで光らせ、この明るさを「ふつう」として見ておく。
- 電池を2個にして、直列つなぎ・並列つなぎでそれぞれ光らせ、明るさをくらべる。
- 電池を1個にもどし、豆電球を2個にして、直列つなぎ・並列つなぎでくらべる。
- このシミュレーターの予想と、結果が合っているか確かめる。
安全のための注意
- 電池の＋極と−極を、豆電球を通さずに導線だけでつながないでください（ショート）。導線や電池が熱くなり、やけどの原因になります。
- 電池は同じ種類・同じ新しさのものを使い、古い電池と新しい電池をまぜないでください。
- 2.5V用の豆電球に電池3個を直列でつなぐと、明るすぎて切れることがあります。電池3個の直列をためすときは、おうちの人と3.8V用の豆電球を使ってください。
- 光っている豆電球は熱くなります。さわらないでください。
- 使い終わったら、電池を電池ボックスから外しておきましょう。
自由研究のまとめ方のヒント
つなぎ方ごとに「予想」と「結果」を表にすると、わかりやすくなります。明るさは目で見るとくらべにくいので、暗い部屋で白い紙に近づけて光の広がりを見る、同じ場所・同じ設定でスマホの写真をとる、などの工夫をしてみましょう。電池の持ちをくらべるのは時間がかかるので、「明るさ」を中心にまとめ、持ちはこのシミュレーターの予想として書くのもひとつの方法です。予想と結果がずれたら、その理由を考えてみるのも、りっぱな研究です。
よくある質問
豆電球は直列と並列、どちらが明るい？
電池1個に豆電球2個をつなぐなら、並列のほうが明るくなります。並列では1個ずつが、豆電球1個のときと同じ明るさで光ります。直列では2個とも暗くなります。
電池を並列にしても明るくならないのはなぜ？
並列つなぎでは、電気を押し出す力（電圧）が電池1個のときと同じだからです。そのかわり、2個で分けあって働くので長もちします。
豆電球を1個外すと、ほかの豆電球はどうなる？
直列つなぎでは電気の通り道が切れるので、全部消えます。並列つなぎでは、ほかの豆電球の通り道は残っているので、ついたままです。
LEDでも同じ結果になりますか？
LEDは向きがあり、つなぐ電池の数によっては光らなかったり、こわれたりします。このシミュレーターは豆電球の場合の目安です。