Potenza elettrica

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

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Obiettivo

Determinare la potenza delle lampadine, \(P = U \cdot I\), e confrontare la loro luminosità quando sono collegate in parallelo e in serie.

Il montaggio

Due circuiti alimentati da generatori da 6 V, con lampadine da 6 V / 3 W e da 6 V / 1 W. In alto le lampadine sono collegate in parallelo, ciascuna con il suo amperometro, e il voltmetro indica la tensione ai capi delle lampadine. In basso sono collegate in serie, con un amperometro e un voltmetro sulla lampadina da 1 W.

Procedimento

1. Confrontare la luminosità delle lampadine in ciascun circuito.
2. Nel circuito in alto calcolare la potenza di ciascuna lampadina: \(P = U \cdot I\), dove \(U\) è la lettura del voltmetro.
3. Nel circuito in basso calcolare la potenza della lampadina da 1 W e stimare la tensione ai capi della lampadina da 3 W: 6 V meno la lettura del voltmetro.

Risultato atteso

In parallelo: circa 5,6 V ai capi delle lampadine — parte dei 6 V si perde all'interno del generatore; lampadina da 3 W — circa 478 mA, 2,7 W; lampadina da 1 W — circa 160 mA, 0,9 W; entrambe restano un po' sotto i valori nominali, e la lampadina più potente è più luminosa. In serie: la corrente è di circa 151 mA, e ai capi della lampadina da 1 W ci sono circa 5,09 V (0,77 W); per la lampadina da 3 W la stima dà circa 0,9 V (in realtà circa 0,8 V — un po' di più si perde nel generatore e nell'amperometro), e quella da 3 W brilla appena. La lampadina con la resistenza maggiore brilla di più.

Domande

1. Perché in serie la lampadina di potenza minore brilla di più?
2. Quanta energia consuma la lampadina da 3 W in un'ora?

Risposte

1. In serie le due lampadine sono attraversate dalla stessa corrente, quindi per \(P = I^2 R\) la lampadina con la resistenza maggiore assorbe più potenza. Dai valori nominali, \(R = U^2 / P\) dà 36 Ω per la lampadina da 1 W e 12 Ω per quella da 3 W, quindi la lampadina da 1 W prende la maggior parte della tensione: circa 5,09 V e 0,77 W, contro circa 0,8 V e 0,12 W della lampadina da 3 W.
2. \(E = P \cdot t\) = 3 W × 3600 s = 10 800 J, cioè 3 W·h. Su questo banco, in parallelo, la lampadina assorbe circa 2,7 W, che danno circa 9,7 kJ in un'ora.