전구 단락: 전구를 우회하면 어떤 일이 발생합니까?
1 · 예측
두 전구(lampA, lampB)가 직렬로 연결되어 있습니다. lampB에 병렬로 연결된 스위치는 처음에는 열려 있습니다. 이를 닫으면 — lampB 주위에 저항 0의 지름길이 생기면 — lampA의 밝기는 어떻게 됩니까?
- LampA는 스위치가 닫히면 어두워집니다.
- LampA의 밝기는 변하지 않습니다.
- 스위치를 닫으면 램프 B가 우회되므로 램프 A는 이제 전체 회로 전류를 얻습니다. 즉, 밝아집니다.
2 · 설정
- short-a-bulb 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 두 전구 모두 동일한 저항(100Ω)에서 시작합니다. 스위치가 열리기 시작합니다.
- 두 전구 모두에서 전류 판독을 활성화합니다.
- 스위치를 연 상태에서 lampA의 전류를 기록한 다음 스위치를 닫고 다시 기록합니다.
3 · 데이터 수집
| 스위치 상태(0 = 열림, 1 = 닫힘) | LampA 전류 I (A) |
|---|---|
| 0 | |
| 1 |
스위치가 열려 있을 때와 닫혀 있을 때의 lampA 전류를 비교하는 막대그래프를 만드세요.
4 · 분석
- 스위치가 열려 있으면 두 전구가 직렬로 연결됩니다. 즉, E = 9V, R = 100Ω을 사용하는 I = E/(2R)입니다. 닫혀 있으면 램프B(100Ω)는 0Ω 스위치에 의해 우회되고 램프A만 남습니다. I = E/R.
- lampB와 병렬인 저항 0의 경로가 왜 모든 전류를 흘려보내, 스위치가 닫히면 lampB 자체에는 전류가 0이 되는지 설명하세요.
5 · 확장
- 스위치가 닫히면 LampA의 전력은 4배가 됩니다. 이는 전류가 2배가 되고 P = I²R이 전류의 제곱에 비례하기 때문입니다(switched-lamp와 동일한 추론). 추가 전력은 어디에서 나오는가? 두 경우 모두 배터리가 똑같이 작동했는가?
- 실제 스위치는 닫힐 때 작지만 0이 아닌 저항을 갖습니다. 여기서 정성적 결과(lampA 밝기)가 변경됩니까, 아니면 정확한 수치만 변경됩니까?
이 실험의 물리학
지점 단락
어떤 소자와 병렬인 저항 0의 경로는(전류는 저항이 가장 작은 경로를 따르므로) 그 소자 대신 전류를 흘려보내, 사실상 그 소자를 회로에서 제거하는 효과를 냅니다 — 이를 그 소자를 '단락시킨다'고 합니다.