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؟
- لامپ کممقاومتتر کمنورتر میسوزد.
- لامپ کممقاومتتر جریان بیشتری میکشد و توان بیشتری تلف میکند — روشنتر میسوزد.
- روشنایی به مقاومت لامپ بستگی ندارد.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم لامپ با کلید را باز کنید و Reset بزنید. کلید از ابتدا بسته است، پس باتری 9 V لامپ را روشن میکند.
- قرائت توان را روی لامپ فعال کنید.
- مقاومت لامپ را برای هر آزمایش تنظیم کنید و توان تلفشده را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| مقاومت لامپ R (Ω) | جریان I (A) | 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
- 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.
- 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
- 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.
- 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. در ولتاژ ثابت، بار با مقاومت کمتر جریان بیشتری میکشد و توان حتی تندتر رشد میکند، چون به مجذور جریان بستگی دارد.