暮らしのなかの物理光を知って光を使う.PDFVIP

東大付属中高 高2物理Ⅰレクチャー 暮らしのなかの物理： 光を知って光を使う 佐藤勝昭 工学博士 東京農工大学名誉教授 サイエンスパートナーシップとは • 科学技術振興機構(JST)の「サイエンス・パートナー シップ・プロジェクト（講座型学習活動支援）」（ＳＰＰ） は、科学技術、理科、数学に関する観察、実験、実 習等の体験的・問題解決的な学習活動を支援します。 暮らしのなかの光 何を学ぶか？ • 照明・光通信・光記録・ディスプレイ・光電池・光セ ンサ多くの光を用いたしかけ（光デバイス）が暮ら しのなかで用いられています。 • これらの光デバイスには光に関わる物理や化学 が活かされています。この授業では、暮らしのな かの光デバイスの仕組みに光のもつどのような 性質が使われているのか、今学習している物理 や化学とどのように結びついているのかについて、 先生と一緒に考え、理解を深めましょう。 光の発生 1) 熱して光を出す • ものを燃やすと明るくなります。 • ガスバーナーにたくさん空気を 送り込むと赤かった炎が次第に 青くなります。 • 温度の高い物体が光を出すこと は「黒体放射」として知られます。 • その分光放射強度はプランクの 法則で表されます。 プランクの法則 太陽光の分光放射強度 対数目盛 リニア目盛 光の波長と色 白熱電球 • 電球の中には導入線によって、 フィラメントが固定されています。 • フィラメントは高温に強いタングス テンという金属で作られ、電流を 流すと電気抵抗により2000～ 3000℃の高温になり、白熱化して プランクの法則に従って、暖かみ のある白色光を発します。 • ガラス球の中は真空のものや不 活性ガスを封入したものがあり、 高温になるフィラメントの燃焼（酸 化）や蒸発を防いでいます。 /mame /hakunetsu_denkyu.htm 光の発生 ２) 蛍光物質から光を出す • 白い蛍光物質にブラックライトを使っ て紫外線を当てると、可視光線が出ま す。この現象を蛍光と呼びます。 • 蛍光灯の中では、放電により水銀から 紫外線を発生させ、蛍光物質が紫外 線を受けて発光します。 • 電球型蛍光灯は、コンパクトに屈曲し た発光管と点灯回路を一体化し、電 球と同じ口金をつけた蛍光ランプです。 蛍光ランプの光の色 • 蛍光ランプは蛍光物質が 光を出しています。 • スペクトルは線状ですが 赤・黄・緑・青の光が出て いるので目には白く見え ます。 • 赤の発光線を強くすると 温かい色になります。 /mame/mame_size.htm 光の発生 ３)半導体に電流を流して光を出す • LEDとはlight emitting diode （光を発 するダイオード）の略です。 • ダイオードとは、一方方向にのみ電 気が流れる半導体のしかけです。 白色LEDの仕組み 1.青色LEDにより、黄色蛍光体を光らせる 3方式のなかで一番発光効率が高い方式です。 LEDの青色光と、その光で励起される補色の黄色を発光する蛍光体 の組み合わせで白色を作り出しています。赤色領域の不足を指摘さ れていますが、不足しがちな赤色や青緑成分を補った改良