Virtapiirit

Kytketty lamppu

Käännä kytkin – lamppu syttyy, kirkkaus ∝ teho.

Kytketty lamppu – interaktiivinen Virtapiirit-simulaatio. Käännä kytkin – lamppu syttyy, kirkkaus ∝ teho. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Kytkimen ohjaus

Sarjassa oleva kytkin määrää, pääseekö virta lamppuun. Suljettuna lamppu syttyy; kirkkaus riippuu tehosta.

Kytkimen avaaminen katkaisee silmukan ja pysäyttää virran. Sen sulkeminen täydentää reitin, jolloin teho P = I·V toimitetaan lampun hehkulankaan.

• P = I·V
• Avoin kytkin → I ≈ 0

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

9 V paristo sytyttää lampun suljetun kytkimen kautta. Jos vaihdat lampun, jolla on pienempi resistanssi, hehkuuko se kirkkaammin vai himmeämmin?

Punniteltavat ennusteet

• Pienemresistanssinen lamppu hehkuu himmeämmin.
• Pienemresistanssinen lamppu vetää enemmän virtaa ja haihduttaa enemmän tehoa – se hehkuu kirkkaammin.
• Kirkkaus ei riipu lampun resistanssista.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Lampun resistanssi R (Ω)

Mitä mittaat:

• Virta I (mA)
• Haihdutettu teho P (W)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa kytketty lamppu -esiasetus ja paina Nollaa. Kytkin alkaa suljettuna, joten 9 V paristo sytyttää lampun.
2. Ota käyttöön tehon lukema lampusta.
3. Aseta lampun resistanssi jokaiselle suoritukselle ja kirjaa haihdutettu teho.

Hallitseva yhtälö

Sähköteho (I:sta ja R:stä) — P = I²·R

Resistiivisessä kuormassa lämpönä ja valona haihdutuva teho on P = I²R, mikä kiinteällä jännitteellä on sama kuin P = V²/R. Pienemmän resistanssin kuorma vetää enemmän virtaa ja haihduttaa enemmän tehoa, mutta teho ja virta skaalautuvat samalla kertoimella kun resistanssi muuttuu — R:n puolittaminen kaksinkertaistaa molemmat, ei nelinkertaista tehoa, koska R itse pienenee vaikka I kasvaa.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske I = E/R arvolla E = 9 V, sitten P = I²R (tai vastaavasti E²/R). Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi pienimmäisresistanssinen lamppu, joka vetää enemmän virtaa samalla jännitteellä, päätyy haihduttamaan enemmän tehoa – todellisen lampun kirkkaus skaalautuu tehon mukaan.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• ”100 W” hehkulamppu kohdassa 120 V vetää noin 0.83 A ja sillä on resistanssi noin 144 Ω kuumana. Käyttäen kaavaa P = E²/R selitä, miksi ”suurempi wattimäärä” lampulla, joka on arvioitu samalle jännitteelle, on oltava PIENEMPI resistanssi, ei suurempi.
• Hehkulangat epäonnistuvat usein juuri kytkettäessä päälle, kun ne ovat kylmiä ja niiden resistanssi on pienin. Käyttäen tehoyhteyttäsi selitä, miksi virta- (ja teho-)piikki on suurin sillä hetkellä.

• AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
• IB Physics — B.5 Current and circuits
• General High School Physics — Electricity & DC circuits
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Tervetuloa kytkettyyn lamppuun
2. Valitse lamppu
3. Paina Toista
4. Käännä kytkin
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Ohmin laki