Как найти мощность лампы физика

Для школьников.

При прохождении тока по проводнику совершается работа, её совершают электрические силы (или электрическое поле). Кратко эту работу называют работой тока.

Рассматривая участок цепи, по которому проходит ток, получим следующее выражение для работы тока:

Работа тока равна произведению напряжения между концами участка на протекающий ток и время его протекания.

В случае, если участок цепи однородный (не содержит источника тока), то

тогда получим ещё две формулы для работы тока:

Если ток проходит через неподвижный проводник, то единственным результатом работы тока является его нагревание. Тогда количество выделившейся теплоты

Это запись закона Джоуля – Ленца.

Если кроме нагревания ток совершает ещё механическую работу, например, приводя в действие электродвигатель (мотор), то работа

лишь частично переходит в тепло.

В этом случае работа тока больше количества выделившейся теплоты, но закон Джоуля – Ленца выполняется.

Работа, совершаемая током в единицу времени, называется мощностью тока:

Единицей мощности тока является 1 Вт:

1 Вт – мощность выделяемая током 1 А в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В.

Основная формула мощности для участка цепи:

Мощность постоянного тока на любом участке цепи выражается произведением силы тока на напряжение между концами участка цепи.

Так как для однородного участка цепи

то мощность можно найти ещё по формулам:

Обычно говорят не о работе, а о потребляемой из сети некоторым прибором (электроплитка, лампочки и др.) или двигателем (мотором) мощности электрического тока. Говоря о мощности (например, электродвигателя), отмечают, что работа двигателя совершается за счёт тока.

На приборах часто отмечается потребляемая ими мощность – мощность, необходимая для нормальной работы этого прибора.

Прежде поговорим об электрических лампочках, в работе которых применяется тепловое действие тока.

Всем знакомая лампа накаливания представляет собой стеклянный баллон с откачанным воздухом, в который вмонтирована спиральная вольфрамовая нить. Через металлический цоколь концы нити соединяются с проводами осветительной сети.

Нагреваясь до очень высокой температуры (до белого каления), нить лампы становится источником света.

На лампе указывается потребляемая ею мощность и напряжение, на которое она рассчитана.

Поставим себе ВОПРОСЫ и ответим на них.

Вопрос 1:

Какое количество теплоты выделяется лампой мощностью 100 Вт за секунду?

Ответ: 100 Дж.

Вопрос 2:

Какое сопротивление имеет нить лампы мощностью 100 Вт, рассчитанная на напряжение 220 В, и какой ток она потребляет?

Ответ: Воспользуемся формулами для мощности:

Сопротивление лампы найдём, разделив квадрат напряжения(на которое лампа рассчитана) на мощность лампы. Получается, что сопротивление нити лампы равно 484 Ом. Ток, протекающий по нити лампы найдём из первого равенства, то есть лампа потребляет ток 0,45 А.

Вопрос 3:

Можно ли включить последовательно две лампы одинаковой мощности, рассчитанные на 110 В, в сеть с напряжением 220 В?

Ответ: Так как лампы имеют одинаковые мощности и рассчитаны на одинаковое напряжение, то они имеют и одинаковые сопротивления. Общее напряжение 220 В распределится между ними поровну, и на каждую лампу придётся напряжение 110 В, на которое они и рассчитаны. Таким образом, лампы последовательно включить можно. При этом они будут “гореть полным накалом”.

Вопрос 4:

Что произойдёт, если в сеть с напряжением 220 В включить последовательно две лампы рассчитанные на одинаковое напряжение (110 В), но имеющие разные мощности, например 40 Вт и 100 Вт?

Ответ: Сопротивление нити каждой лампы находится через отношение квадрата напряжения, на которое она рассчитана, к мощности лампы.

Обе лампы рассчитаны на одинаковое напряжение, значит более мощная лампа (100 Вт) имеет меньшее сопротивление.

Ток через лампы идёт один и тот же, тогда согласно формуле

напряжение на более мощной лампе будет меньше, чем на менее мощной лампе.

Надо ориентироваться на расчётное напряжения ламп (в нашем случае это 110 В).

Если напряжение на лампе окажется меньше 110 В, то она будет гореть тускло (с недокалом). В данном случае это относится к лампе мощностью 100 Вт. Лампа же мощностью 40 Вт будет гореть ярко (с перекалом) и быстро перегорит. Вывод: лампы разной мощности последовательно включать нельзя.

Итак, работа ламп накаливания основана на тепловом действии света, то есть на превращении электрической энергии в тепло и свет.

Природа тепла и света одна – это электромагнитные волны. Наш глаз воспринимает их как свет только в узком диапазоне длин волн, а в широком диапазоне длин волн ощущаем их как тепло.

Это значит, что при освещении помещений лампами накаливания значительная часть энергии теряется в виде тепла.

Существуют более экономичные осветительные приборы – это люминесцентные и светодиодные лампы. Они работают не на тепловом действии тока, принцип их работы совсем другой. О принципе работы люминесцентных ламп кратко будет сказано в теме “Электрический ток в газах”, а о принципе работы светодиодных ламп – в теме “Электрический ток в полупроводниках”.

Вернёмся к тепловому действию тока.

Ответьте на такой вопрос: Сколько тепла выделяется в утюге за секунду, если сопротивление утюга, работающего от сети с напряжением 220 В, равно 1210 Ом? Ответ: 403 Дж.

Подумайте над решением следующих задач:

Ответ: 40 Ом.

Ответ: 484 Вт; 968 Вт; 242 Вт.

К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.

Предыдущая запись: Работа тока. Объяснение теплового действия тока электронной теорией.

Следующая запись: Полезная мощность. Полная мощность.

Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.

Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.

Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.

Задачи на Мощность электрического тока с решениями

Формулы, используемые на уроках «Задачи на Мощность электрического тока»

Название величины	Обозначение	Единица измерения	Формула
Сила тока	I	А	I = U / R
Напряжение	U	В	U = IR
Время	t	с	t = A / IU
Работа тока	А	Дж	A = IUt
Мощность тока	Р	Вт	Р = IU
Мощность источника тока в замкнутой цепи	Р	Вт

1 мин = 60 с;    1 ч = 60 мин;   1 ч = 3600 с.

---

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

---

Задача № 1.
 Определить мощность тока в электрической лампе, если при напряжении 110 В сила тока в ней 200 мА.

---

Задача № 2.
 Определить мощность тока в электрической лампе, если сопротивление нити акала лампы 400 Ом, а напряжение на нити 100 В.

---

Задача № 3.
 Определить силу тока в лампе электрического фонарика, если напряжение на ней 6 В, а мощность 1,5 Вт.

---

Задача № 4.
В каком из двух резисторов мощность тока больше при последовательном (см. рис. а) и параллельном (см. рис. б) соединении? Во сколько раз больше, если сопротивления резисторов R1 = 10 Ом и R2 = 100 Ом?

---

Задача № 5.
 Ученики правильно рассчитали, что для освещения елки нужно взять 12 имеющихся у них электрических лампочек. Соединив их последовательно, можно будет включить их в городскую сеть. Почему меньшее число лампочек включать нельзя? Как изменится расход электроэнергии, если число лампочек увеличить до 14?

---

Задача № 6.
 В горном ауле установлен ветряной двигатель, приводящий в действие электрогенератор мощностью 8 кВт. Сколько лампочек мощностью 40 Вт можно питать от этого источника тока, если 5% мощности расходуется в подводящих проводах?

---

Задача № 7.
 Сила тока в паяльнике 4,6 А при напряжении 220 В. Определите мощность тока в паяльнике.

---

Задача № 8.
 Одинакова ли мощность тока в проводниках ?

---

Задача № 9.
 На баллоне первой лампы написано 120 В; 100 Вт, а на баллоне второй — 220 В; 100 Вт. Лампы включены в сеть с напряжением, на которое они рассчитаны. У какой лампы сила тока больше; во сколько раз?

---

Задача № 10. (повышенной сложности)
В сеть напряжением 120 В параллельно включены две лампы: 1-я лампа мощностью 300 Вт, рассчитанная на напряжение 120 В, и 2-я лампа (последовательно соединенная с резистором) – на 12 В. Определите показания амперметров А1 и А и сопротивление резистора, если амперметр А2 показывает силу тока 2 А.

---

Задача № 11.
  ОГЭ
 При силе тока I₁ = 3 А во внешней цепи выделяется мощность Р₁ = 18 Вт, а при силе тока I₂ = 1 А — мощность Р₂ = 10 Вт. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

---

Задача № 12.
   ЕГЭ
 Имеются две электрические лампочки мощностью Р₁ = 40 Вт и Р₂ = 60 Вт, рассчитанные на напряжение сети U = 220 В. Какую мощность будет потреблять каждая из лампочек, если их подключить к сети последовательно?

---

Краткая теория для решения Задачи на Мощность электрического тока.

---

Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на Мощность электрического тока». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к теме: ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца
• Посмотреть конспект по теме Работа и Мощность электрического тока
• Вернуться к списку конспектов по Физике.
• Проверить свои знания по Физике.

При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу по перемещению заряда. В этом случае работу электрического поля называют работой электрического тока.

Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённый ниже рисунок.

Рис. (1). Зависимость между работой, напряжением и зарядом

Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.

Рис. (2). Зависимость между работой, силой тока и временем прохождения заряда

Для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.

Рис. (3). Схема и часы для измерения

Например:

I = 1,2 АU = 5 Вt = 1,5 мин = 90 сА = U⋅I⋅t = 5⋅1,2⋅90 = 540 Дж 

Рис. (4). Электросчетчик

Мощность электрического тока обозначают буквой (Р):

Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённый ниже рисунок.

Рис. (5). Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока

За единицу мощности принят ватт: (1) Вт = (1) Дж/с.

Рис. (6). Схема

Так как мощность тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока, протекающего через лампочку, то перемножим их значения:

Ваттметры измеряют мощность электрического тока, протекающего через прибор. По своему назначению и техническим характеристикам ваттметры разнообразны.

В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.

Рис. (7). Приборы для измерения

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

 

Рис. (8). Лампы различной мощности в цепи

Сила тока в лампочке мощностью (25) ватт будет составлять (0,1) А. Лампочка мощностью (100) ватт потребляет ток в четыре раза больше — (0,4) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно (220) В. Легко можно заметить, что лампочка в (100) ватт светится гораздо ярче, чем (25)-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в (4) раза больше, потребляет в (4) раза больше тока. Значит: 

Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение (110) В и (220) В.

Рис. (8). Лампа, подключенная к источнику тока с различным напряжением

Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:

Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:

Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в (2) раза мощность увеличивается в (4) раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).

Рис. (9). Маркировка

В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами:

Таблица (1). Мощность различных приборов

Как определить мощность лампы

Одной из главных характеристик любой лампы является ее мощность. От этого зависит и ее светимость, особенно это касается ламп накаливания. Зная потребляемую мощность лампы, можно рассчитать общее энергопотребление системы освещения квартиры или офиса.

Вам понадобится

• тестер, ваттметр, вольтметр, амперметр

Инструкция

На большинстве ламп указывается их потребляемая мощность и номинальное напряжение, при котором лампа работает. Например, если на лампе написано 220 В и 60 Вт, это значит, что при включении в сеть с напряжением 220 В ее мощность будет равна 60 Вт. Это максимальная мощность, которую может выдать данная лампа.

Если же мощность лампы не указанна на ней или она работает в сети с напряжением ниже номинального (если напряжение будет выше номинального, случиться короткое замыкание, и она просто сгорит), измерьте ее мощность самостоятельно. Присоедините тестер в режиме ваттметра параллельно лампе, подключите ее к источнику тока, он покажет ее мощность.

При отсутствии ваттметра мощность работающей лампы можно рассчитать самостоятельно. Для этого присоедините лампу к источнику тока. Последовательно к ней присоедините амперметр, а параллельно вольтметр. Замкнув лампу на источник тока, снимите показания силы тока с амперметра в амперах, и напряжения с вольтметра в вольтах. Для этого же можно использовать обычный тестер, только для измерения напряжения присоединяйте его параллельно лампе, а силы тока – последовательно. Найдите произведение силы тока на напряжение. Результатом будет мощность лампы в ваттах.

Если известно сопротивление лампы, то достаточно измерить только силу тока или напряжение с помощью тестера. Если измерено напряжение, то для определения мощности лампы возведите его значение в квадрат и поделите на значение сопротивления: P=U²/R. Если известна сила тока, то для расчета мощности найдите произведение квадрата силы тока и значения сопротивления: P=I²•R. При измерении напряжения и силы тока на источнике постоянного тока обязательно учитывайте полярность измерительных приборов, чтобы они не испортились. Присоединение приборов производите подключение приборов при отключенном источнике тока.

Источники:

• потребляемая мощность лампы
• Формула для вычисления мощности электрического ток

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?