Перейти до змісту

Робота і потужність струму

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

Відкрити повну версію ↗

Мета

Виміряти потужність, яку споживає лампочка, і енергію, яку струм передає за певний час; перевірити, що \(E = P \cdot t\).

Установка

Джерело 6 В, ватметр і лампочка 6 В / 3 Вт. Коло струму ватметра (клеми «±» і «A») увімкнено послідовно з лампочкою, коло напруги (клеми «±» і «V») — паралельно до лампочки. Верхній рядок дисплея — потужність, нижній — енергія або час підрахунку: між ними перемикають клавіші A і t. Лічильник стоїть, доки не натиснути клавішу ▶■.

Хід роботи

  1. Запишіть потужність \(P\) з верхнього рядка дисплея.
  2. Натисніть ▶■, а через 10–20 с натисніть ще раз, щоб зупинити підрахунок. Запишіть енергію \(E\) (клавіша A) і час \(t\) (клавіша t).
  3. Обчисліть \(P = E / t\) і порівняйте з показанням верхнього рядка.
  4. Установіть на джерелі 3 В і знову запишіть потужність.
Очікуваний результат

Лампочка споживає близько 2,75 Вт — трохи менше за номінальну потужність: частина напруги спадає всередині джерела. Наприклад, за 10,8 с лічильник доходить приблизно до 29,7 Дж, і \(E / t\) = 2,75 Вт — так само, як у верхньому рядку. За напруги 3 В потужність — близько 0,89 Вт: напруга зменшилася вдвічі, а потужність — лише в 3,1 раза, а не в 4. Нитка розжарення холодніша, і її опір менший.

Запитання

  1. На що перетворюється робота струму в лампочці?
  2. Чому за вдвічі меншої напруги потужність лампочки зменшилася не вчетверо, як це було б для резистора?
  3. Скільки джоулів в 1 Вт · год?
Відповіді
  1. На внутрішню енергію розжареної нитки, яку лампочка віддає у вигляді теплоти і світла. З 2,75 Вт більша частина виходить у вигляді теплоти та інфрачервоного випромінювання; на видиме світло припадає лише кілька відсотків.
  2. Для резистора \(P = U^2 / R\) зі сталим \(R\), тому вдвічі менша напруга дає вчетверо меншу потужність. Опір вольфрамової нитки зростає з її температурою: за 3 В нитка холодніша і її опір менший, тому струм зменшується менш ніж удвічі, а потужність — лише в 3,1 раза, з 2,75 Вт до 0,89 Вт.
  3. 1 Вт · год = 1 Вт · 3600 с = 3600 Дж. Лампочка в цій установці за годину споживає 2,75 Вт · 3600 с ≈ 9900 Дж.