Trabajo y potencia de la corriente

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

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Objetivo

Medir la potencia que consume la bombilla y la energía que la corriente suministra con el tiempo; comprobar que \(E = P \cdot t\).

El montaje

Una fuente de 6 V, un vatímetro y una bombilla de 6 V / 3 W. El circuito de corriente del vatímetro (bornes «±» y «A») está conectado en serie con la bombilla, y el circuito de tensión (bornes «±» y «V») en paralelo con la bombilla. La línea superior de la pantalla es la potencia, la inferior es la energía o el tiempo de recuento: las teclas E y t alternan entre ellas. El recuento está detenido hasta que se pulsa la tecla ▶■.

Procedimiento

1. Anote la potencia \(P\) de la línea superior de la pantalla.
2. Pulse ▶■ y al cabo de 10–20 s púlsela de nuevo para detener el recuento. Anote la energía \(E\) (tecla E) y el tiempo \(t\) (tecla t).
3. Calcule \(P = E / t\) y compárela con la lectura de la línea superior.
4. Ajuste la fuente a 3 V y anote de nuevo la potencia.

Resultado esperado

La bombilla consume unos 2,75 W — algo menos que su valor nominal: parte de la tensión cae dentro de la fuente. Por ejemplo, en 10,8 s el contador llega a unos 29,7 J, y \(E / t\) = 2,75 W — lo mismo que en la línea superior. A 3 V la potencia es de unos 0,89 W: la tensión ha bajado a la mitad, pero la potencia solo se ha dividido por 3,1, no por 4. El filamento está más frío, y su resistencia es menor.

Preguntas

1. ¿En qué se convierte el trabajo realizado por la corriente en la bombilla?
2. ¿Por qué la potencia de la bombilla a la mitad de tensión no se ha dividido por cuatro, como ocurriría en una resistencia?
3. ¿A cuántos julios equivale 1 W · h?

Respuestas

1. En energía interna del filamento caliente, que la bombilla cede en forma de calor y luz. De los 2,75 W la mayor parte sale como calor y radiación infrarroja; la luz visible es solo un pequeño porcentaje.
2. Para una resistencia \(P = U^2 / R\) con \(R\) constante, así que la mitad de la tensión da un cuarto de la potencia. La resistencia de un filamento de wolframio crece con su temperatura: a 3 V el filamento está más frío y su resistencia es menor, así que la corriente baja menos de la mitad, y la potencia baja solo 3,1 veces, de 2,75 W a 0,89 W.
3. 1 W · h = 1 W · 3600 s = 3600 J. La bombilla de este banco consume 2,75 W · 3600 s ≈ 9900 J en una hora.