Lavoro e potenza della corrente

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

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Obiettivo

Misurare la potenza che la lampadina assorbe e l'energia che la corrente fornisce nel tempo; verificare che \(E = P \cdot t\).

Il montaggio

Un generatore da 6 V, un wattmetro e una lampadina da 6 V / 3 W. Il circuito amperometrico del wattmetro (morsetti «±» e «A») è collegato in serie con la lampadina, il circuito voltmetrico (morsetti «±» e «V») ai capi della lampadina. La riga superiore del display mostra la potenza, la riga inferiore l'energia o il tempo di conteggio: i tasti E e t commutano tra le due grandezze. Il conteggio è fermo finché non si preme il tasto ▶■.

Procedimento

1. Annotare la potenza \(P\) dalla riga superiore del display.
2. Premere ▶■ e dopo 10–20 s premerlo di nuovo per fermare il conteggio. Annotare l'energia \(E\) (tasto E) e il tempo \(t\) (tasto t).
3. Calcolare \(P = E / t\) e confrontarla con la lettura della riga superiore.
4. Impostare il generatore a 3 V e annotare di nuovo la potenza.

Risultato atteso

La lampadina assorbe circa 2,75 W — un po' meno del suo valore nominale: una parte della tensione cade all'interno del generatore. Per esempio, in 10,8 s il contatore arriva a circa 29,7 J, e \(E / t\) = 2,75 W — come sulla riga superiore. A 3 V la potenza è di circa 0,89 W: la tensione si è dimezzata, ma la potenza è diminuita solo di un fattore 3,1, non 4. Il filamento è più freddo, e la sua resistenza è più bassa.

Domande

1. In che cosa si trasforma il lavoro compiuto dalla corrente nella lampadina?
2. Perché a metà tensione la potenza della lampadina non è diminuita di quattro volte, come accadrebbe per un resistore?
3. Quanti joule sono 1 W · h?

Risposte

1. Nell'energia interna del filamento caldo, che la lampadina cede sotto forma di calore e luce. Dei 2,75 W la maggior parte se ne va come calore e radiazione infrarossa; la luce visibile è solo qualche per cento.
2. Per un resistore \(P = U^2 / R\) con \(R\) costante, quindi metà tensione dà un quarto della potenza. La resistenza di un filamento di tungsteno cresce con la sua temperatura: a 3 V il filamento è più freddo e la sua resistenza più bassa, quindi la corrente diminuisce meno della metà, e la potenza diminuisce solo di 3,1 volte, da 2,75 W a 0,89 W.
3. 1 W · h = 1 W · 3600 s = 3600 J. La lampadina di questo banco consuma 2,75 W · 3600 s ≈ 9900 J in un'ora.