القدرة الكهربائية

المناهج: KS3, GCSE, cycle 4, 1re (effet Joule), Sek I, AP2

الهدف¶

تحديد قدرة المصابيح، \(P = U \cdot I\)، ومقارنة سطوعها عند توصيلها على التوازي وعلى التوالي.

التجهيز¶

دائرتان يغذيهما مصدران 6 V، فيهما مصباحان 6 V / 3 W و6 V / 1 W. في الأعلى المصباحان موصولان على التوازي، لكل منهما أميتر خاص به، ويبيّن الفولتميتر الجهد على المصباحين. في الأسفل هما موصولان على التوالي، مع أميتر وفولتميتر على المصباح 1 W.

خطوات العمل¶

قارن سطوع المصباحين في كل دائرة.
في الدائرة العليا، احسب قدرة كل مصباح: \(P = U \cdot I\)، حيث \(U\) قراءة الفولتميتر.
في الدائرة السفلى، احسب قدرة المصباح 1 W وقدّر الجهد على المصباح 3 W: 6 V ناقص قراءة الفولتميتر.

النتيجة المتوقعة

على التوازي: نحو 5.6 V على المصباحين، إذ يضيع جزء من 6 V داخل المصدر؛ المصباح 3 W نحو 478 mA و2.7 W؛ والمصباح 1 W نحو 160 mA و0.9 W؛ كلاهما دون قيمته المقننة بقليل، والمصباح الأكبر قدرةً أشد سطوعًا. على التوالي: التيار نحو 151 mA، وعلى المصباح 1 W نحو 5.09 V (0.77 W)؛ أما على المصباح 3 W فالتقدير نحو 0.9 V (وفي الواقع نحو 0.8 V، إذ يضيع قليل إضافي في المصدر والأميتر)، وهو بالكاد يتوهج. المصباح ذو المقاومة الأكبر أشد توهجًا.

الأسئلة¶

لماذا يكون المصباح الأقل قدرةً أشد توهجًا عندما يكون المصباحان على التوالي؟
كم من الطاقة يستهلك المصباح 3 W في ساعة؟

الإجابات

على التوالي يمر في المصباحين التيار نفسه، فبحسب \(P = I^2 R\) يأخذ المصباح ذو المقاومة الأكبر قدرة أكبر. من القيم المقننة تعطي \(R = U^2 / P\) مقاومة 36 Ω للمصباح 1 W و12 Ω للمصباح 3 W، فيأخذ المصباح 1 W معظم الجهد: نحو 5.09 V و0.77 W، مقابل نحو 0.8 V و0.12 W للمصباح 3 W.
\(E = P \cdot t\) = 3 W × 3600 s = 10 800 J، أي 3 W·h. على هذه المنضدة، على التوازي، يأخذ نحو 2.7 W، وهو ما يعطي نحو 9.7 kJ في ساعة.