شغل التيار وقدرته

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

الهدف¶

قياس القدرة التي يستهلكها المصباح والطاقة التي ينقلها التيار خلال زمن ما، والتحقق من أن \(E = P \cdot t\).

التجهيز¶

مصدر 6 V وواتميتر ومصباح 6 V / 3 W. دائرة التيار في الواتميتر (الطرفان «±» و«A») موصولة على التوالي مع المصباح، ودائرة الجهد (الطرفان «±» و«V») على طرفي المصباح. السطر العلوي في الشاشة هو القدرة، والسطر السفلي هو الطاقة أو زمن العدّ: ويبدّل الزران E وt بينهما. يبقى العدّ متوقفًا حتى يُضغط الزر ▶■.

خطوات العمل¶

سجّل القدرة \(P\) من السطر العلوي في الشاشة.
اضغط ▶■ وبعد 10–20 s اضغطه مرة أخرى لإيقاف العدّ. سجّل الطاقة \(E\) (الزر E) والزمن \(t\) (الزر t).
احسب \(P = E / t\) وقارنها بقراءة السطر العلوي.
اضبط المصدر على 3 V وسجّل القدرة مرة أخرى.

النتيجة المتوقعة

يستهلك المصباح نحو 2.75 W — أقل قليلًا من قيمته الاسمية: جزء من الجهد يهبط داخل المصدر. مثلًا، خلال 10.8 s يصل العدّاد إلى نحو 29.7 J، ويكون \(E / t\) = 2.75 W — كما في السطر العلوي. عند 3 V تبلغ القدرة نحو 0.89 W: انخفض الجهد إلى النصف، أما القدرة فانخفضت 3.1 مرة فقط، لا 4 مرات. الفتيل أبرد، ومقاومته أقل.

الأسئلة¶

إلامَ يتحول الشغل الذي يبذله التيار في المصباح؟
لماذا لم تنخفض قدرة المصباح عند نصف الجهد أربع مرات، كما كانت ستنخفض في المقاومة؟
كم جولًا في 1 W · h؟

الإجابات

إلى الطاقة الداخلية للفتيل الساخن، التي يطلقها المصباح حرارةً وضوءًا. معظم القدرة 2.75 W يخرج حرارةً وأشعةً تحت حمراء؛ والضوء المرئي بضعة في المئة فقط.
في المقاومة \(P = U^2 / R\) مع \(R\) ثابتة، فنصف الجهد يعطي ربع القدرة. أما مقاومة فتيل التنغستن فتزداد مع درجة حرارته: عند 3 V يكون الفتيل أبرد ومقاومته أقل، فينخفض التيار بأقل من النصف، وتنخفض القدرة 3.1 مرة فقط، من 2.75 W إلى 0.89 W.
1 W · h = 1 W · 3600 s = 3600 J. ويستهلك مصباح هذه المنضدة 2.75 W · 3600 s ≈ 9900 J في الساعة.