豆電球と電池をつないで、豆電球に入る電流と出る電流はどちらが大きいかという実験で、「電流は減らない」という事は分かってい...|質問・相談が会員登録不要のQ&AサイトSooda!(ソーダ)

原子の構造では中心に原子核があり、その周囲を回転する電子から成りますが
電子は原子核に近い部分を周回している電子と
中間を周回している電子と外側を周回している電子があります。
自由に動けるのはこの外側の電子になり軌道を外れた電子を自由電子と言います。

電子はプラス側に引き寄せられますが先に説明した様に動くのは自由電子です。
電池のプラス側に近い導体中の原子から自由電子が飛び出しプラスに寄せられれば
その原子は電子が足りなくなる訳ですからプラスを帯びます。
プラスを帯びた原子はマイナス側に近い原子の自由電子を貰い
バランスを取る事になります。
その連鎖反応が電子の流れとなります。
例えば100個電子がプラス側に移動すれば
マイナス側から100個電子が補充されると言う事になります。
つまり出る側も入る側も同じ電子の数となり電流が減ると言う事はありません。
電池のマイナス極は電子を十分に蓄えている状態ですから
十分に補充する事が可能です。
補充が出来なくなれば電池切れと言う事ですね。

電池のマイナスから出た電子がそのまま回路を流れて電池のプラスに戻るのではなく
原子の周回軌道で寄り道しつつ電池のプラス側に移動する事になり
電流としては光速度の様な状態で伝播しますが
導体中の電子は非常に遅い流れになります。

電流はプラスからマイナスに流れる事になっていますが
電子はマイナスからプラスに移動します。
時代的な流れで電子の事が判ってきたのが後の事であり修正する事も可能なのですが
電子と電流の流れの向きを揃えなくてもあまり影響が無いので
そのまま電流はプラスからマイナスに流れ
電子はマイナスからプラスに流れると言う事になっています。

自由電子になりやす電子が多い物質は電気抵抗が小さくなる事になり
反対に原子核と電子の結び付きが強力な物質であれば絶縁体になります。
豆電球と言っても回路上は抵抗値の大きな導体ですから
電子の流れが判れば電流が減らない事もある程度理解出来ると思います。

===補足===
そう言えばこの実験で大事なポイントを書き忘れていました。

電球に電流が流れる事によって発生する熱エネルギーは
電球内の導体に流れる電子と導体の原子の衝突によるエネルギーになり
ジュール熱と言う事になります。
発光するのは熱エネルギーが大きくなって高温状態になり
光を発生している事になります。
電子が無くなり熱エネルギーに変わったのではありませんから
電子が減る事を考えなくて良いと思います。
又、電球内のフィラメントは絶縁体であるガラスに覆われている事になり
外部から電子を受け取る事も無ければ
電球外に放出される事も考えなくて良い事になります。
このポイントを押さえて説明すれば水車の話で十分だと思います。

参考までにですが
電球の熱せられたフィラメントから電子が飛び出す現象は実際に起こりうる話で
エジソンが電球の開発段階で現象を確認しています。（エジソン効果）
電球内にプラスの電極（プレート）を付ければ電子を回収する事も可能になり
その現象を利用した電子部品が真空管と言う事になります。
この時フィラメント（カソード）に流れる電子がプレートに流れる事により少なくなりますから
フィラメントに直流電源を使用した場合出る側と入る側で
若干ですが変化が生じる事になります。
その代わりプレートからプレートに繋いだ電源に電子が流れる事になり
電流は電子と流れが逆ですから
プレートからカソードに電流が流れている事になります。

つまりこの実験で電球を使うのは手軽に入手出来る抵抗体だからと言うよりは
エジソン効果による熱電子放出で電子の減少を無視出来る抵抗体と言う事になり
電球で行う必要があると言う事になると思います。

回答者：元家電サービスマン (質問から1日後)
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