Akımın işi ve gücü

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

Tam sürümü aç ↗

Amaç

Ampulün tükettiği gücü ve akımın zaman içinde aktardığı enerjiyi ölçmek; \(E = P \cdot t\) olduğunu doğrulamak.

Düzenek

6 V'luk bir kaynak, bir wattmetre ve 6 V / 3 W'lık bir ampul. Wattmetrenin akım devresi (“±” ve “A” uçları) ampulle seri, gerilim devresi (“±” ve “V” uçları) ampule paralel bağlıdır. Ekranın üst satırı gücü, alt satırı enerjiyi ya da sayma süresini gösterir: W ve t tuşları bunlar arasında geçiş yapar. ▶■ tuşuna basılana kadar sayma başlamaz.

İşlem basamakları

1. Ekranın üst satırındaki \(P\) gücünü kaydedin.
2. ▶■ tuşuna basın ve 10–20 s sonra saymayı durdurmak için yeniden basın. \(E\) enerjisini (W tuşu) ve \(t\) süresini (t tuşu) kaydedin.
3. \(P = E / t\) değerini hesaplayın ve üst satırdaki değerle karşılaştırın.
4. Kaynağı 3 V'a ayarlayın ve gücü yeniden kaydedin.

Beklenen sonuç

Ampul yaklaşık 2,75 W tüketir — nominal değerinden biraz az: gerilimin bir kısmı kaynağın içinde düşer. Örneğin 10,8 s'de sayaç yaklaşık 29,7 J'e ulaşır ve \(E / t\) = 2,75 W olur — üst satırdakiyle aynı. 3 V'ta güç yaklaşık 0,89 W'tır: gerilim yarıya inmiştir, ama güç 4 kat değil, yalnızca 3,1 kat azalmıştır. Filaman daha soğuktur ve direnci daha düşüktür.

Sorular

1. Akımın ampulde yaptığı iş neye dönüşür?
2. Yarı gerilimde ampulün gücü neden bir dirençte olacağı gibi dört kat azalmadı?
3. 1 W · h kaç joule eder?

Cevaplar

1. Sıcak filamanın iç enerjisine; ampul bu enerjiyi ısı ve ışık olarak yayar. 2,75 W'ın çoğu ısı ve kızılötesi ışınım olarak çıkar; görünür ışık yalnızca yüzde birkaçtır.
2. Bir direnç için \(P = U^2 / R\) ve \(R\) sabittir, bu yüzden yarı gerilim gücün dörtte birini verir. Tungsten filamanın direnci sıcaklıkla artar: 3 V'ta filaman daha soğuk ve direnci daha düşüktür, bu yüzden akım yarısından az azalır ve güç 2,75 W'tan 0,89 W'a, yalnızca 3,1 kat azalır.
3. 1 W · h = 1 W · 3600 s = 3600 J. Bu düzenekteki ampul bir saatte 2,75 W · 3600 s ≈ 9900 J harcar.