Elektrik gücü
Öğretim programları: KS3, GCSE, cycle 4, 1re (effet Joule), Sek I, AP2
Amaç¶
Ampullerin gücünü \(P = U \cdot I\) bağıntısıyla belirlemek ve ampuller paralel ve seri bağlandığında parlaklıklarını karşılaştırmak.
Düzenek¶
6 V'luk kaynaklarla beslenen, 6 V / 3 W'lık ve 6 V / 1 W'lık ampullerden oluşan iki devre. Üstte ampuller paralel bağlıdır, her birinin kendi ampermetresi vardır ve voltmetre ampullerin uçlarındaki gerilimi gösterir. Altta ampuller seri bağlıdır; 1 W'lık ampulde bir ampermetre ve bir voltmetre vardır.
İşlem basamakları¶
- Her devredeki ampullerin parlaklığını karşılaştırın.
- Üstteki devrede her ampulün gücünü hesaplayın: \(P = U \cdot I\), burada \(U\) voltmetrenin gösterdiği değerdir.
- Alttaki devrede 1 W'lık ampulün gücünü hesaplayın ve 3 W'lık ampulün uçlarındaki gerilimi tahmin edin: 6 V eksi voltmetrenin gösterdiği değer.
Beklenen sonuç
Paralel bağlamada: ampullerin uçlarında yaklaşık 5,6 V — 6 V'un bir kısmı kaynağın içinde kaybolur; 3 W'lık ampul — yaklaşık 478 mA, 2,7 W; 1 W'lık ampul — yaklaşık 160 mA, 0,9 W; ikisi de nominal güçlerinin biraz altında kalır ve gücü büyük olan ampul daha parlaktır. Seri bağlamada: akım yaklaşık 151 mA'dir ve 1 W'lık ampulün uçlarında yaklaşık 5,09 V vardır (0,77 W); 3 W'lık ampulün uçlarındaki gerilim için tahmin yaklaşık 0,9 V'tur (gerçekte yaklaşık 0,8 V — biraz daha fazlası kaynakta ve ampermetrede kaybolur) ve bu ampul zar zor ışık verir. Direnci büyük olan ampul daha parlak yanar.
Sorular¶
- Ampuller seri bağlıyken düşük güçlü ampul neden daha parlak yanar?
- 3 W'lık ampul bir saatte ne kadar enerji tüketir?
Cevaplar
- Seri bağlamada iki ampulden de aynı akım geçer; bu yüzden \(P = I^2 R\) bağıntısına göre direnci büyük olan ampul daha fazla güç alır. Nominal değerlerden \(R = U^2 / P\), 1 W'lık ampul için 36 Ω, 3 W'lık ampul için 12 Ω verir; bu yüzden gerilimin büyük kısmı 1 W'lık ampule düşer: 3 W'lık ampuldeki yaklaşık 0,8 V ve 0,12 W'a karşı yaklaşık 5,09 V ve 0,77 W.
- \(E = P \cdot t\) = 3 W × 3600 s = 10 800 J, yani 3 W·h. Bu düzenekte paralel bağlamada ampul yaklaşık 2,7 W çeker; bu da bir saatte yaklaşık 9,7 kJ eder.