직렬 전구: 공유 전류, 조광 전구
1 · 예측
동일한 전구 두 개가 9 V 배터리에 직렬로 연결되어 있습니다. 같은 배터리에 전구 하나만 연결한 경우와 비교하여, 직렬로 연결된 각 전구는 더 밝습니까, 더 어둡습니까, 아니면 같습니까?
- 각 시리즈 전구는 더 밝습니다.
- 각 시리즈 전구는 더 어두워서 전류와 전압을 공유합니다.
- 각 전구는 전구 하나만큼 밝습니다.
2 · 설정
- “직렬 전구(bulbs-series)” 프리셋을 열고 초기화를 누르세요. 두 전구 모두 동일한 저항값에서 시작합니다.
- 두 전구 모두에서 전류 판독을 활성화합니다.
- 각 시행에 대해 두 전구의 저항(서로 동일)을 설정하고 공유 전류를 기록합니다.
3 · 데이터 수집
| 각 전구의 저항 R (Ω) | 총 저항 R_total (Ω) | 공유 전류 I (A) |
|---|---|---|
| 50.00 | ||
| 100.00 | ||
| 150.00 |
세 번의 시행에 대해 전류 I(y축)를 총 저항 R_total(x축)에 대해 그래프로 그리세요.
4 · 분석
- 한 번의 시행에 대해 R_total = 2R을 계산한 다음 E = 9V를 사용하여 I = E/R_total을 계산합니다. 표를 비교하십시오.
- 이 전류를 switched-lamp 실험에서 동일한 저항값을 가진 전구 1개일 때의 전류와 비교하세요. 직렬로 전구를 하나 더 추가하면 전류가 정확히 절반이 되는 이유와, 따라서 각 전구의 전력이 절반이 아닌 4분의 1로 떨어지는 이유(P = I²R은 전류의 제곱에 비례하므로)를 설명하세요.
5 · 확장
- 두 전구의 저항이 다르다면 똑같이 밝게 빛날까요? P = I²R(둘 다 동일한 I, 다른 R)을 사용하여 어느 것이 더 밝을지 예측합니다.
- 이 직렬 전구 쌍 중 하나가 끊어지면(필라멘트가 끊어져 사실상 저항이 무한대가 되면) 다른 전구는 어떻게 됩니까? short-a-bulb 실험의 스위치 동작과 비교하세요.
이 실험의 물리학
시리즈 전구 공유 전류
직렬 전구는 동일한 전류 I = E/(2R)을 전달하지만 각 전구는 전체 전압의 절반만 얻습니다. 전력은 단일 전구가 소비하는 것보다 전류가 더 작은 I²R이므로 각 시리즈 전구는 더 어둡게 작동합니다.