Usaha dan daya listrik
Kurikulum: KS3, GCSE, cycle 4, 1re (effet Joule), Sek I, AP2
Tujuan¶
Mengukur daya yang diserap lampu dan energi yang diberikan arus dalam suatu selang waktu; memeriksa bahwa \(E = P \cdot t\).
Rangkaian¶
Sumber 6 V, wattmeter, dan lampu 6 V / 3 W. Rangkaian arus wattmeter (terminal “±” dan “A”) dihubungkan seri dengan lampu, rangkaian tegangan (terminal “±” dan “V”) paralel dengan lampu. Baris atas layar menunjukkan daya, baris bawah menunjukkan energi atau waktu penghitungan: tombol W dan t mengalihkan tampilan di antara keduanya. Penghitungan tidak berjalan sampai tombol ▶■ ditekan.
Langkah kerja¶
- Catat daya \(P\) pada baris atas layar.
- Tekan ▶■ dan setelah 10–20 s tekan lagi untuk menghentikan penghitungan. Catat energi \(E\) (tombol W) dan waktu \(t\) (tombol t).
- Hitung \(P = E / t\) dan bandingkan dengan pembacaan baris atas.
- Atur sumber ke 3 V dan catat lagi dayanya.
Hasil yang diharapkan
Lampu menyerap sekitar 2,75 W — sedikit kurang dari nilai nominalnya: sebagian tegangan jatuh di dalam sumber. Misalnya, dalam 10,8 s penghitung mencapai sekitar 29,7 J, dan \(E / t\) = 2,75 W — sama dengan yang tertera di baris atas. Pada 3 V dayanya sekitar 0,89 W: tegangan turun setengahnya, tetapi daya hanya turun 3,1 kali, bukan 4 kali. Filamen lebih dingin, dan hambatannya lebih kecil.
Pertanyaan¶
- Usaha yang dilakukan arus pada lampu berubah menjadi apa?
- Mengapa daya lampu pada setengah tegangan tidak turun empat kali, seperti yang terjadi pada resistor?
- Berapa joule 1 W · h?
Jawaban
- Menjadi energi dalam filamen yang panas, yang dilepaskan lampu sebagai kalor dan cahaya. Dari 2,75 W sebagian besar keluar sebagai kalor dan radiasi inframerah; cahaya tampak hanya beberapa persen.
- Untuk resistor \(P = U^2 / R\) dengan \(R\) konstan, sehingga setengah tegangan menghasilkan seperempat daya. Hambatan filamen wolfram bertambah seiring suhunya: pada 3 V filamen lebih dingin dan hambatannya lebih kecil, sehingga arus turun kurang dari setengahnya, dan daya hanya turun 3,1 kali, dari 2,75 W menjadi 0,89 W.
- 1 W · h = 1 W · 3600 s = 3600 J. Lampu pada rangkaian ini memakai 2,75 W · 3600 s ≈ 9900 J dalam satu jam.