Измерение рассеивания мощности в резисторах: практический эксперимент с законом Джоуля

ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

• Калькулятор (или карандаш и бумага для арифметики)
• 6 В батарея
• Два ¼-ваттных резистора: 10 Ом и 330 Ом (±5% толеранс)
• Маленький термометр (медицинский или инфракрасный)

Точные значения резисторов не критичны; держите их в пределах ±5% (±0,5 Ом для 10 Ом, ±16,5 Ом для 330 Ом). Цветовые коды: Коричневый-Чёрный-Чёрный-Золотой (10 Ом) и Оранжевый-Оранжевый-Коричневый-Золотой (330 Ом).

Должна использоваться только 6 В батарея. Термометр должен быть компактным для обнаружения быстрого нагрева.

ПЕРЕКРЁСТНЫЕ ССЫЛКИ

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Chapter 2: Закон Ома

ОБУЧАЮЩИЕ ЦЕЛИ

• Использование вольтметра, амперметра и омметра
• Применение закона Джоуля для расчёта мощности
• Понимание номинальных мощностей компонентов
• Распознавание электрически общих точек в цепи

СХЕМАТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

1. Измерьте сопротивление каждого резистора омметром; запишите точные значения.

2. Соедините 330 Ом резистор к 6 В батарее используя перемычки, прикрепляя провода к выводам резистора сначала, чтобы избежать касания живого компонента.

3. С включенной цепью используйте вольтметр для подтверждения напряжения батареи на резисторе. Поскольку резистор и батарея делят те же два узла, напряжение на резисторе равно напряжению батареи.

4. Измерьте ток амперметром, вставленным в путь цепи. Создайте разрыв в проводе, поместите амперметр между открытыми концами и замкните цепь.

5. Запишите напряжение, ток и сопротивление. Затем рассчитайте мощность используя любую из форм закона Джоуля:

С 6,0 В источником и 330 Ом резистором ожидаемая мощность 0,109 Вт (109 мВт), комфортно ниже номинала резистора 0,25 Вт. Резистор должен заметно согреться, но не перегреться.

6. Прикосните термометром к центру резистора для наблюдения температурного подъёма.

БЕЗОПАСНАЯ ПРАКТИКА

При замене резисторов отключите цепь перед установкой нового резистора. Замените 330 Ом на 10 Ом и пересоедините. 10 Ом резистор рассеивает ~3,6 Вт — более чем в 14 раз выше его 0,25 Вт рейтинга — поэтому он быстро нагреется. Держите его подальше от легковоспламеняющихся материалов.

Если резистор начинает дымить, немедленно разорвите цепь, дайте ему остыть, затем переизмерьте сопротивление. Повреждённый резистор часто показывает более высокое сопротивление, что может снизить ток и мощность, обеспечивая само-защитный эффект.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ

• Рабочий лист: Энергия, Работа и Мощность