لامپ با کلید: تلفات توان در یک لامپ

1 · پیش‌بینی

باتری 9 V لامپی را از راه کلید بسته روشن می‌کند. اگر لامپ کم‌مقاومت‌تری بگذارید، روشن‌تر می‌سوزد یا کم‌نورتر؟

2 · آماده‌سازی

  1. پیش‌تنظیم لامپ با کلید را باز کنید و Reset بزنید. کلید از ابتدا بسته است، پس باتری 9 V لامپ را روشن می‌کند.
  2. قرائت توان را روی لامپ فعال کنید.
  3. مقاومت لامپ را برای هر آزمایش تنظیم کنید و توان تلف‌شده را ثبت کنید.

3 · گردآوری داده

مقاومت لامپ R (Ω)جریان I (mA)توان تلف‌شده P (W)
50.00
100.00
150.00

برای سه آزمایش، توان P (محور y) را بر حسب 1/R (محور x) رسم کنید.

4 · تحلیل

  1. برای یک آزمایش، I = E/R را با E = 9 V و سپس P = I²R (یا معادلش E²/R) حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
  2. توضیح دهید چرا لامپ کم‌مقاومت‌تر که در همان ولتاژ جریان بیشتری می‌کشد، در نهایت توان بیشتری تلف می‌کند — روشنایی لامپ واقعی با توان مقیاس می‌شود.

5 · گسترش

  1. لامپ «100 W» در 120 V حدود 0.83 A می‌کشد و وقتی داغ است مقاومتی حدود 144 Ω دارد. با P = E²/R توضیح دهید چرا لامپ «وات بالاتر» با همان ولتاژ نامی باید مقاومت پایین‌تر داشته باشد، نه بالاتر.
  2. فیلامان‌های رشته‌ای اغلب درست هنگام روشن‌شدن می‌سوزند، وقتی سردند و مقاومتشان کمینه است. با رابطهٔ توانتان توضیح دهید چرا جهش جریان (و توان) در همان لحظه بیشینه است.

فیزیک پشت این آزمایش

توان الکتریکی (از I و R)

توانی که به‌صورت گرما و نور در بار مقاومتی تلف می‌شود P = I²R است که در ولتاژ ثابت همان P = V²/R است. بار با مقاومت کمتر جریان بیشتری می‌کشد و توان بیشتری تلف می‌کند، اما توان و جریان با تغییر مقاومت با ضریب یکسانی مقیاس می‌شوند — نصف‌کردن R هر دو را دو برابر می‌کند، نه اینکه توان را چهار برابر کند، چون خود R کوچک می‌شود حتی وقتی I رشد می‌کند.

← بازگشت به آزمایش

مدارها

138 برگهٔ کار چاپی فیزیک رایگان