さわっても熱くない灯りと温かい灯り～エネルギー変換の話

対　象：1歳～
準　備：特になし
その他：火傷に注意，長時間「電球」に触り続けないこと

既にクリスマスシーズンが過ぎてしまいましたが。街なかでLEDライトのイルミネーションを見かけたとき，息子に「さわってみてごらん」と声をかけてみました。

息子は，その短い数年の人生の経験からも「明るいものは熱い」と思っているらしく（正しい。まったくサバイバル的に正しい），「熱いからヤダー」となかなか手を出してくれません。

そこで，まず私が手を出してLEDライトに触れて「あちちっ，うそうそ大丈夫だよー」なんてやってみせます。すると，恐れながらもLEDライトに触れてみて，熱くないことがわかると「なあんだ熱くないじゃん」なんて言いながら，得意気に指先でライトをツンツンしていました。

また別の機会，街を歩いていると居酒屋の店外でメニューを照らしている電球が目につきました。20Wくらいの（消費電力が低いのであまり熱くならない）電球だったので，息子に「さわってみてごらん」と声をかけてみると，ふふふなんて得意気に笑いながら電球に触れた後，「あれっ？これは熱い，熱いよーー！！」と騒いでいました。

同じ「灯り」なのに，熱いものと熱くないものがあるって，こどもにとっては大発見みたいです。

ちょこっと解説

ここ10年ほとでLEDのイルミネーションが増えましたが，LEDと電球は光を出す原理がまったく異なります。

昔なじみの「電球」は，金属線を電流が流れるときに発生する熱の一部が「光」として放出される原理を利用しています。きちんと書くと，黒体の輻射が可視光領域に達するほどジュール熱が大きくなる高抵抗の金属を利用した，電気→熱→光へのエネルギー変換です。

これに対して「LED」は，半導体と呼ばれる材料に電圧をかけ無理やり電流を流すとき，電流の正体である「電子」と，電子の空席「正孔（ホール，特殊な半導体の中でだけ現れる）」がぶつかり合って発生するエネルギーを光に変えています。きちんと書くと，半導体のｐｎ接合に順方向バイアスを印加したときに，キャリア（電子と正孔）が再結合するエネルギーが可視光相当になる，電気→光のエネルギー変換です。電球と比べて，途中に熱エネルギーを経ていないんですよね。だから，原理的に熱くなる必要がないのです。また，途中に熱エネルギーで放出されてしまう分がないため，電気エネルギーを効率よく光エネルギーに変換することが出来て，省エネで，つまりは電気料金が安くなるわけです。

その代わり。LEDの場合，放出するエネルギー…つまり光の色は，半導体の材料の構成で決まっているため，ひとつの材料からは決まった色しか出せません。昔（1960年代）は「赤色LED」の材料しか発見されてなかったのですが，そのうち「緑色LED」が出来て，1990年代に「青色LED」が出来るようになり，光の三原色RGBがそろって，いろんな色の表現ができるようになりました。

さっきwebで見たら，秋月電子では1個50円くらいで三色LED部品が売られていました。安いなー，そりゃ家庭の電気もLEDに置き換わるわ。こんな時代に生まれた息子は，そのうち「灯り」に「あたたかみ」を感じない世代になっていくのかも知れません。