Лампа с ключом: рассеивание мощности в лампе

1 · Прогноз

Батарея 9 V зажигает лампу через замкнутый ключ. Если поставить лампу с меньшим сопротивлением, она засветит ярче или тусклее?

2 · Подготовка

  1. Откройте пресет лампы с ключом и нажмите «Сброс». Ключ стартует замкнутым, батарея 9 V зажигает лампу.
  2. Включите показание мощности на лампе.
  3. Задайте сопротивление лампы для каждой пробы и запишите рассеянную мощность.

3 · Сбор данных

Сопротивление лампы R (Ω)Ток I (mA)Рассеиваемая мощность P (W)
50.00
100.00
150.00

Постройте мощность P (ось y) против 1/R (ось x) для трёх проб.

4 · Анализ

  1. Для одной пробы вычислите I = E/R при E = 9 В, затем P = I²R (или эквивалентно E²/R). Сравните с таблицей.
  2. Объясните, почему лампа с меньшим сопротивлением, берущая больший ток при том же напряжении, рассеивает больше мощности — яркость реальной лампы масштабируется с мощностью.

5 · Развитие

  1. «100-ваттная» лампочка при 120 В тянет около 0.83 А и имеет сопротивление около 144 Ω в горячем состоянии. Используя P = E²/R, объясните, почему «более мощная» лампочка на то же напряжение обязана иметь МЕНЬШЕЕ сопротивление, а не большее.
  2. Нити накаливания часто перегорают именно при включении, когда они холодные и их сопротивление минимально. По вашей связи мощности объясните, почему всплеск тока (и мощности) максимален в этот момент.

Физика этого эксперимента

Электрическая мощность (из I и R)

Мощность, рассеиваемая теплом и светом в резистивной нагрузке, равна P = I²R, что при фиксированном напряжении совпадает с P = V²/R. Нагрузка с меньшим сопротивлением тянет больший ток и рассеивает большую мощность, но мощность и ток меняются с одним и тем же коэффициентом при изменении сопротивления — уменьшение R вдвое удваивает и то и другое, а не учетверяет мощность, потому что само R уменьшается, даже пока I растёт.

← Вернуться к эксперименту

Цепи

138 бесплатных печатных физических рабочих листов