Opornica suwakowa jako regulator jasności

Podstawy programowe: KS3, GCSE, Sek I

Otwórz pełną wersję ↗

Cel

Płynnie regulować natężenie prądu i jasność żarówki za pomocą opornicy suwakowej.

Układ

Źródło 6 V, amperomierz, opornica suwakowa 100 Ω i żarówka 6 V / 3 W połączone szeregowo. W obwodzie jest część opornicy od lewego końca do suwaka; suwak jest ustawiony na 30% (30 Ω).

Przebieg doświadczenia

1. Zapisać wskazanie amperomierza.
2. Przesunąć suwak do lewego końca i ponownie zapisać natężenie prądu.
3. Przesunąć suwak do prawego końca.
4. Znaleźć położenie, przy którym żarówka świeci w połowie jasności.

Oczekiwany wynik

Przy 30 Ω natężenie prądu wynosi około 165 mA. Na lewym końcu opór opornicy jest bliski zeru: natężenie prądu wynosi około 0,5 A i żarówka świeci pełnym blaskiem. Na prawym końcu (100 Ω) natężenie prądu spada do około 55–60 mA i żarówka w ogóle nie świeci, choć prąd płynie: napięcie na niej jest mniejsze niż 0,2 V, włókno nagrzewa się tylko do 900 K, a widoczne żarzenie zaczyna się przy około 1000 K.

Pytania

1. Dlaczego natężenie prądu zmienia się płynnie, a nie skokami?
2. Jaką część opornicy trzeba włączyć do obwodu, aby zmniejszyć natężenie prądu o połowę?

Odpowiedzi

1. Przesunięcie suwaka zmienia długość drutu w obwodzie, a wraz z nią opór, o tyle, o ile przesuwa się suwak, więc natężenie prądu \(I = U / R\) także zmienia się stopniowo. W prawdziwej opornicy drutowej suwak przeskakuje z jednego zwoju drutu na następny i opór zmienia się bardzo małymi skokami o jeden zwój; w symulatorze zmienia się w sposób ciągły.
2. Przy żarówce o stałym oporze opornica musiałaby dodać tyle, ile wynosi własny opór żarówki, 12 Ω (6 V / 0,5 A). Włókno stygnie, gdy natężenie prądu maleje, i jego opór spada, więc potrzeba więcej: przy połowie natężenia, około 0,24 A, na żarówce jest tylko około 1,8 V, a opornica musi przejąć resztę, mając około 17 Ω, czyli jedną szóstą swojej długości.