人工光の種類
人工光は、暗い空間を明るくしたり、夜間に作業したり、信号を送ったりするために人間が作り出す可視エネルギーの一種です。自然の太陽光とは異なり、人工光は白熱電球、蛍光管、LED、レーザーなどの光源から来ます。これらのタイプはそれぞれ異なる方法で機能し、エネルギーの使用方法も異なります。科学者やエンジニアは、光波がどのように振る舞うか、エネルギーがどのように使用されるか、どの材料が最もよく光を発するかを理解することで、これらのライトを設計します。人工光について学ぶことは、光がどのように生成され、有用な方法で制御できるかを理解するのに役立ちます。
科学と工学の実践 (SEP): モデルの開発と使用
人工光を探求するために、科学者やエンジニアは、さまざまな種類の光がどのようにエネルギーを生成するか、そして何がユニークなのかを示すモデルを作成します。モデルは、LED が材料中を移動する電子を使用して光を生成する方法や、蛍光灯内のガスが電気が通過したときにどのように光るかを示す場合があります。これらのモデルは、どのような種類の光が最も明るく、最もエネルギー効率が高く、最も長く持続するかを予測するのに役立ちます。学校では、光源がどのように機能し、電気がどのように可視光に変わるかを示す簡単なモデルを作成できます。
アクティビティのアイデア:
- 電球モデルの作成 – 白熱灯、蛍光灯、LED ライトの内部部分を示すモデルを構築し、それぞれのタイプがどのように光を生成するかを説明します。
- エネルギー効率ポスター – 各タイプの人工光が使用するエネルギー量と、それが日常の使用に何を意味するかを比較するビジュアルを作成します。
クロスカッティングコンセプト(CCC):構造と機能
人工照明は、その構造のために機能します。電球内部では、電線やガスなどの素材が配置されているため、電気が流れたときに光を発することができます。材料は、加熱すると光るものもあれば、電気で通電すると光るものなど、必要なことに基づいて選択されます。電球や LED の形状も、光が部屋に広がる方法に影響します。適切な構造を設計することで、エンジニアは小さく、明るく、長持ちし、さらにはカラフルなライトを作ることができます。
例：
- 構造： 白熱電球の細いワイヤー(フィラメント)は、光るまで加熱されます。
機能： 暖かく安定した光を生成しますが、多くのエネルギーを消費します。 - 構造： LEDの特殊な材料の層は、電流を光に変換します。
機能： 明るい光を効率的に生成し、長持ちします。 - 構造： 蛍光管にはガスと、電気が通ると点灯するコーティングが含まれています。
機能： 広い範囲でうまく機能する広くてクールな光を作ります。