밝기 조절용 가변 저항기

교육과정: KS3, GCSE, Sek I

목표¶

가변 저항기로 전구의 전류와 밝기를 부드럽게 조절합니다.

실험 장치¶

6 V 전압원, 전류계, 100 Ω 가변 저항기, 6 V / 3 W 전구가 직렬로 연결되어 있습니다. 가변 저항기의 왼쪽 끝에서 슬라이더까지의 부분이 회로에 들어가 있으며, 슬라이더는 30%(30 Ω) 위치에 있습니다.

실험 방법¶

전류계의 측정값을 기록하세요.
슬라이더를 왼쪽 끝으로 옮기고 다시 전류를 기록하세요.
슬라이더를 오른쪽 끝으로 옮기세요.
전구가 절반 밝기로 빛나는 위치를 찾으세요.

예상 결과

30 Ω에서 전류는 약 165 mA입니다. 왼쪽 끝에서는 가변 저항기의 저항이 0에 가깝습니다. 전류는 약 0.5 A이고 전구는 최대 밝기로 켜집니다. 오른쪽 끝(100 Ω)에서는 전류가 약 55–60 mA로 줄어들고, 전류가 흐르는데도 전구는 전혀 빛나지 않습니다. 전구에 걸리는 전압은 0.2 V가 안 되고, 필라멘트는 900 K까지밖에 가열되지 않는데, 눈에 보이는 빛은 약 1000 K에서부터 나오기 시작합니다.

질문¶

전류가 계단식으로 건너뛰지 않고 부드럽게 변하는 이유는 무엇입니까?
전류를 절반으로 줄이려면 가변 저항기의 얼마만큼을 회로에 넣어야 합니까?

답

슬라이더를 움직이면 회로에 들어가는 저항선의 길이와 그에 따른 저항이 슬라이더가 움직인 만큼만 조금씩 변하므로, 전류 \(I = U / R\)도 서서히 변합니다. 실제 권선형 가변 저항기에서는 슬라이더가 감긴 저항선을 한 바퀴씩 건너가므로 저항이 한 바퀴분의 아주 작은 단계로 변하지만, 시뮬레이터에서는 연속적으로 변합니다.
전구의 저항이 일정하다면 가변 저항기가 전구 자체의 저항 12 Ω(6 V / 0.5 A)만큼을 더해야 합니다. 전류가 줄면 필라멘트가 식어 저항이 작아지므로 저항이 더 필요합니다. 전류가 절반인 약 0.24 A일 때 전구에는 약 1.8 V밖에 걸리지 않으므로, 가변 저항기가 약 17 Ω, 즉 전체 길이의 6분의 1로 나머지 전압을 맡아야 합니다.