ELEKTRYCZNOŚĆ · KARTA DYDAKTYCZNA
Dlaczego żarówka nie jest zwykłym opornikiem?
Zmiana temperatury włókna zmienia jego opór.
Temat w archiwum: 01.03.2011. Raport: wyznaczanie oporu i mocy żarówki. Poniższa procedura jest współczesnym opracowaniem dydaktycznym; nie stanowi zapisu przebiegu ani wyników konkretnej lekcji.
Cel dydaktyczny
Odróżnić iloraz U/I od stałego oporu modelowego i rozpoznać nieliniowość charakterystyki.
Pytanie badawcze
Czy wzrost napięcia zawsze powoduje proporcjonalny wzrost natężenia w żarówce?
Przykładowa hipoteza
Gdy włókno się nagrzewa, jego opór rośnie i wykres I(U) przestaje być prostą.
Aparatura
- Żarówka przeznaczona do zestawu SONDa
- Pomiar U i I, przewody
- Szkolne źródło z ograniczeniem prądu i znanymi dopuszczalnymi parametrami żarówki
Konfiguracja pomiarowa
Pomiar jak dla opornika: I szeregowo, U równolegle do żarówki. Nie zastępuj żarówki przypadkowym elementem o nieznanej mocy.
Przebieg doświadczenia
- Zapisz oznaczenia żarówki i uzgodnij dopuszczalne warunki pracy.
- Zwiększaj napięcie stopniowo i czekaj na ustabilizowanie wskazań.
- Zapisuj U, I oraz obserwację świecenia bez dotykania bańki.
- Porównaj wykres żarówki z wykresem opornika.
Wielkości i kontrola warunków
Mierzone: U [V], I [A]. Obliczane: R [Ω], P [W]. Kontrolowane: ta sama żarówka, stan cieplny i czas stabilizacji.
Opracowanie wyników
Dla niezerowych U i I oblicz R = U/I oraz P = UI. Nie dziel przez zero. Porównaj punkty przy małym i większym prądzie.
Zależności fizyczne i jednostki
R = U / I
P = U I; [P] = W = V·A
Interpretacja wykresu
Nieliniowy wykres I(U) pokazuje, że opór nie jest stały. Iloraz U/I w punkcie nie jest tym samym co nachylenie stycznej do nieliniowego wykresu.
Jak sformułować wniosek
Jeżeli obliczany opór rośnie wraz z nagrzewaniem, wyniki są zgodne z zachowaniem metalowego włókna. Nie podajemy fikcyjnych pomiarów.
Pytania problemowe
- Czy zimne i rozgrzane włókno mają ten sam opór?
- Dlaczego większa moc nie oznacza liniowego przyrostu jasności?
Ograniczenia
Temperatury włókna nie wyznaczamy z samej fotografii ani jasności. Nie znamy charakterystyki konkretnej żarówki.
Bezpieczeństwo
Żarówka może być gorąca. Nie dotykaj jej podczas pracy; przestrzegaj oznaczeń elementu i instrukcji zestawu.
Źródła i status opracowania
Historyczny punkt odniesienia: dzienniki i raporty z lat 2011–2012. Zależności fizyczne i możliwości rodziny aparatury sprawdzono w poniższych źródłach. Nowe pytania, hipotezy i organizacja pracy są propozycją dydaktyczną.