光束発散度 M は、光源の発光面の単位面積から発散する光束である。
令和7年度 下期 第三種電気主任技術者 機械 問17(a)
管径 36 mm の完全拡散性無限長直線光源を床面上 3 m の高さに床面と平行に配置した。光源からは単位長当たり 3 000 lm/m の光束を一様に発散しているものとして、次の(a)及び(b)に答えよ。
(a) 直線光源の光束発散度 M [lm/m²] の値として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
詳細Layer 2展開閉じる
直線光源は直径 D = 36 mm = 0.036 m の円筒とみなせる。長さ 1 m 当たりの表面積(側面積)は
S = πD × 1 = π × 0.036 ≒ 0.1131 m²
補足Layer 3展開閉じる
長さ 1 m 当たりの光束は F = 3 000 lm なので
M = F / S = 3 000 / (π × 0.036) ≒ 26 526 lm/m² ≒ 26.5×10³ lm/m²
よって正答は(4)である。
補足:完全拡散面では輝度 L と光束発散度 M の間に M = πL の関係がある。この光源の輝度は L = M/π ≒ 8.44×10³ cd/m² となり、(b)ではこの関係を利用できる。
各選択肢の解説
- (1)
83.3×10³
誤り。83.3×10³ は 3 000 / 0.036 の値である。長さ 1 m 当たりの表面積に、円周 πD ではなく直径 D を用いた値に相当する。発光面は円筒の側面なので面積は πD × 1 m ≒ 0.1131 m² であり、正しい値は約 26.5×10³ lm/m² である。
- (2)
4.2×10³
誤り。4.2×10³ は M/(2π) ≒ 4.22×10³ に相当し、輝度 L = M/π ≒ 8.44×10³ のさらに半分の値である。光束発散度 M ≒ 26.5×10³ lm/m² とは一致しない。
- (3)
8.4×10³
誤り。8.4×10³ は M/π ≒ 26.5×10³/π ≒ 8.44×10³ に相当し、完全拡散面の輝度 L [cd/m²] の値である。問われている光束発散度 M [lm/m²] ではない。
- (4)
26.5×10³
正しい。M = 3 000 / (π × 0.036) ≒ 26.5×10³ lm/m² であり、計算結果と一致する。
- (5)
74.7×10³
誤り。74.7×10³ は正しい値 26.5×10³ lm/m² の約 2.8 倍である。3 000 lm/m をこの値で割ると、長さ 1 m 当たりの発光面積は 3 000 / (74.7×10³) ≒ 0.0402 m² となる。これは円筒側面積 πD × 1 m ≒ 0.1131 m² とも、直径を用いた D × 1 m = 0.036 m² とも一致しない。定義 M = F/S からは得られない値であり、どのような計算の誤りを想定した値かは特定できない。
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