Потужність струму

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

Мета¶

Визначити потужність лампочок, \(P = U \cdot I\), і порівняти їхню яскравість у паралельному і послідовному з’єднаннях.

Установка¶

Два кола, які живляться від джерел 6 В, з лампочками 6 В / 3 Вт і 6 В / 1 Вт. Угорі лампочки з’єднано паралельно, кожна має власний амперметр, а вольтметр показує напругу на лампочках. Унизу їх з’єднано послідовно, амперметр і вольтметр — на лампочці 1 Вт.

Хід роботи¶

Порівняйте яскравість лампочок у кожному колі.
У верхньому колі обчисліть потужність кожної лампочки: \(P = U \cdot I\), де \(U\) — показання вольтметра.
У нижньому колі обчисліть потужність лампочки 1 Вт і оцініть напругу на лампочці 3 Вт: 6 В мінус показання вольтметра.

Очікуваний результат

Паралельно: на лампочках близько 5,6 В — частина з 6 В втрачається всередині джерела; лампочка 3 Вт — близько 478 мА, 2,7 Вт; лампочка 1 Вт — близько 160 мА, 0,9 Вт; обидві трохи не дотягують до свого номіналу, і потужніша лампочка світиться яскравіше. Послідовно: сила струму близько 151 мА, на лампочці 1 Вт близько 5,09 В (0,77 Вт); на лампочці 3 Вт оцінка дає близько 0,9 В (насправді близько 0,8 В — трохи більше втрачається в джерелі й амперметрі), і вона ледь жевріє. Яскравіше світиться лампочка з більшим опором.

Запитання¶

Чому в послідовному з’єднанні яскравіше світиться лампочка меншої потужності?
Скільки енергії споживає лампочка 3 Вт за годину?

Відповіді

У послідовному з’єднанні через обидві лампочки тече однаковий струм, тож за \(P = I^2 R\) більшу потужність споживає лампочка з більшим опором. За номінальними даними \(R = U^2 / P\) дає 36 Ом для лампочки 1 Вт і 12 Ом для лампочки 3 Вт, тож лампочка 1 Вт бере на себе більшу частину напруги: близько 5,09 В і 0,77 Вт проти близько 0,8 В і 0,12 Вт у лампочки 3 Вт.
\(E = P \cdot t\) = 3 Вт × 3600 с = 10 800 Дж, або 3 Вт·год. На цій установці в паралельному з’єднанні вона споживає близько 2,7 Вт, що дає близько 9,7 кДж за годину.