Мощность тока

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

Открыть полную версию ↗

Цель

Определить мощность лампочек, \(P = U \cdot I\), и сравнить их яркость при параллельном и последовательном соединении.

Установка

Две цепи, питаемые от источников 6 В, с лампочками 6 В / 3 Вт и 6 В / 1 Вт. Сверху лампочки соединены параллельно, у каждой свой амперметр, а вольтметр показывает напряжение на лампочках. Снизу они соединены последовательно, с амперметром и вольтметром на лампочке 1 Вт.

Ход работы

1. Сравните яркость лампочек в каждой цепи.
2. В верхней цепи вычислите мощность каждой лампочки: \(P = U \cdot I\), где \(U\) — показание вольтметра.
3. В нижней цепи вычислите мощность лампочки 1 Вт и оцените напряжение на лампочке 3 Вт: 6 В минус показание вольтметра.

Ожидаемый результат

Параллельно: на лампочках около 5,6 В — часть из 6 В теряется внутри источника; лампочка 3 Вт — около 478 мА, 2,7 Вт; лампочка 1 Вт — около 160 мА, 0,9 Вт; обе немного не дотягивают до номинала, и более мощная лампочка горит ярче. Последовательно: сила тока около 151 мА, на лампочке 1 Вт около 5,09 В (0,77 Вт); на лампочке 3 Вт по оценке около 0,9 В (на деле около 0,8 В — ещё немного теряется в источнике и амперметре), и она едва светится. Ярче горит лампочка с большим сопротивлением.

Вопросы

1. Почему при последовательном соединении ярче горит маломощная лампочка?
2. Сколько энергии потребляет лампочка 3 Вт за час?

Ответы

1. При последовательном соединении через обе лампочки идёт одинаковый ток, поэтому по \(P = I^2 R\) большую мощность потребляет лампочка с большим сопротивлением. По номинальным значениям \(R = U^2 / P\) даёт 36 Ом для лампочки 1 Вт и 12 Ом для лампочки 3 Вт, поэтому на лампочку 1 Вт приходится большая часть напряжения: около 5,09 В и 0,77 Вт против примерно 0,8 В и 0,12 Вт у лампочки 3 Вт.
2. \(E = P \cdot t\) = 3 Вт × 3600 с = 10 800 Дж, или 3 Вт·ч. В этой установке при параллельном соединении она потребляет около 2,7 Вт, что даёт около 9,7 кДж за час.