Загальна інформація
Застосування
Світлодіодна гірлянда
Електричні пристрої, як-от лампи розжарювання, холодильники, пральні машини та комп'ютери, споживають електричну енергію і перетворюють її на корисну потужність.
Електрична робота може віддаватися й у формі світла, коли електрична енергія перетворюється на світлову енергію, як це відбувається у світлодіодних лампах.
Загалом потужність і робота електричного струму мають основоположне значення для перетворення та передавання енергії в сучасному світі.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Потрібно знати основи вимірювання сили струму й напруги, а також визначення енергії та потужності за цими виміряними величинами.
Принцип
Електрична потужність і робота залежать від сили струму та напруги в послідовному й паралельному з'єднанні.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Після досліду учні мають розуміти залежність електричної потужності та роботи від сили струму й напруги.
Завдання
- Учні збирають послідовне, а потім паралельне з'єднання двох ламп розжарювання.
- Щоразу вони спостерігають за яскравістю ламп і вимірюють силу струму, що тече.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Зауваження
У цьому досліді припускалося, що світлова й теплова дія обох ламп розжарювання з доброю точністю однакові, тож однакова й електрична потужність, потрібна для їхньої роботи.
Проте значення опору ламп розжарювання мають певний розкид. Тому рекомендується перед дослідом вимірюваннями на лампах розжарювання дібрати два екземпляри, які мають якомога однаковішу силу струму при .
Набір магнітних електричних символів для демонстраційної дошки дає змогу наочно підписати схему. Набір складається з позначок V і A, а також із порожніх полів для власних підписів. Ними можна, наприклад, позначити виводи для вимірювання сили струму й напруги. Самостійно підписані поля слугують, наприклад, для позначення прикладеної напруги або для зазначення опорів, позицій, положень вимикачів тощо.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, прямий, модуль DB | 09401-01 | 3 |
| 4 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль DB | 09401-03 | 4 |
| 5 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 3 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль DB | 09402-01 | 2 |
| 7 | Патрон для лампи розжарювання E10, модуль DB | 09404-00 | 2 |
| 8 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 3 |
| 10 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 3 |
| 11 | PHYWE Блок живлення, універсальний, аналоговий дисплей DC: 18 В, 5 А / AC: 15 В, 5 А | 13503-93 | 1 |
| 12 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 |
| 13 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 |
| 14 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
Збери дослід відповідно до рисунка.
Вимикачі і спочатку розімкнуті.
Встанови діапазони вимірювання і .
Увімкни блок живлення і встанови на ньому .
Виконання (1/2)
Замкни вимикач .
Підвищуй напругу на блоці живлення, доки вольтметр не покаже .
Виміряй силу струму і запиши результати вимірювань.
Замкни вимикач і тим самим під'єднай лампу розжарювання паралельно до ; за потреби знову доведи напругу до .
Спостерігай за яскравістю ламп розжарювання і запиши одержану силу струму.
Виконання (2/2)
Розімкни вимикач і перебудуй схему відповідно до рисунка. Тепер обидві лампи розжарювання з'єднані послідовно.
- Замкни вимикач і поспостерігай за яскравістю ламп розжарювання.
- Підвищуй напругу на блоці живлення, доки сила струму не досягне значення .
- Виміряй потрібну для цього напругу.
- Поспостерігай за яскравістю ламп розжарювання.
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
- Якщо обидві лампи розжарювання з'єднані паралельно, вони світяться однаково яскраво, тобто мають однакову світлову потужність.
- Якщо обидві лампи розжарювання з'єднані послідовно, вони світяться однаково яскраво, але лише слабко.
- Якщо напругу підвищити, лампи розжарювання світяться на повну яскравість і мають таку саму світлову потужність, як у пункті (1).
Опрацювання результатів
Потужність електричного пристрою можна розпізнати за тим, наскільки велика його світлова сила (яскравість), тепловіддача, гучність тощо. У цьому досліді світлову потужність ламп розжарювання використано як міру електричної потужності .
З рядків 1 і 2 таблиці 1 випливає: для
З рядків 1 і 3 таблиці 1 випливає: для Ці пропорційності можна об'єднати так: За одиницю електричної потужності беруть тепер ват і встановлюють:.
Отже, для електричної потужності одержують рівняння . Якщо електричний пристрій із потужністю увімкнено на час , то з означального рівняння для фізичної роботи , зрештою за аналогією, випливає як рівняння для електричної роботи.