Intensywność świecenia żarówki a jej opór
Rafał Drobot
Robiąc zbiór zadań do matury natrafiłem na pytanie, którego nie jestem w
stanie zrozumieć.
Brzmi ono następująco:
"Czy wzrost oporu wpływa na jasność świecenia żarówki?"
W odpowiedziach jest napisane, że: "wraz ze wzrostem oporu żarówki maleje
jasność światła"
Nigdy nie obserwowałem momentu zapalania się żarówki i trudno mi stwierdzić
czy najpierw jest jaśniejsza, a potem jej jasność jest mniej intensywna. Na
pewno opór rośnie liniowo wraz ze wzrostem temperatury. Zastanawiałem się
czu nie ująć tego z Joul'a Lenza. Jeśli Q =I^2Rt, to wraz ze wzrostem R,
które rośnie jak f(x)=x, I maleje jak g(x)= -x^2. Jesnym słowem im później
od zaświecenia żarówki (wzrost T) tym iloczyn I^2R przyjmuje mniejszą
wartość. Wynikało by z tego że na początku jest emitowana większa energia w
postaci ciepła a mniejsza w postaci światła widzialnego, a przy wyższej
temperaturze emitowana jest mniejsza energia w postaci ciepła a większa w
postaci światła widzialnego. W tym momencie mój tok rozumowania nie zgadza
się z kluczem. Zapytałem się mojego nauczyciela z fizyki o to zadanie,
odpowiedział mi:
"zgadza się bo zwieksza się ilość emitowanego ciepła kosztem świecenia,
czyli więcej w zakresie światła podczerwonego a nie widzialnego"
To zdanie tłumaczy problem, ale wtedy i tylko wtedy gdy I jest stałe, a ono
maleje jak f(x)=-x^2 wraz ze wzrostem oporu jak g(x)=x. Innymi słowy przy
takiej samej zmienie oporu i natężenia iloczyn I^2R powinien maleć.
Czy idę dobym tropem? Jak inaczej można wytłumaczyć odpowiedź z klucza? (Mam
nadzieję że nie jest błędna)
Proszę o wskazanie błędu w moim rozumowaniu, bo nie potrafię pojąć dlaczego
jak żarówka się nagrzewa emituje coraz mniej światła widzialnego.
Dziękuję z góry za wszelką pomoc
Pozdrawiam
Rafał
Ghost
Użytkownik "Rafał Drobot" <jb...@wp.pl> napisał w wiadomości
news:ftkbdg$q0e$1...@atlantis.news.neostrada.pl...
> Dzień dobry.
>
> Robiąc zbiór zadań do matury natrafiłem na pytanie, którego nie jestem w
> stanie zrozumieć.
>
> Brzmi ono następująco:
>
> "Czy wzrost oporu wpływa na jasność świecenia żarówki?"
>
> W odpowiedziach jest napisane, że: "wraz ze wzrostem oporu żarówki maleje
> jasność światła"
Tak, ale w ramach pojedynczego "wlaczenia" to sie dzieje rownoczesnie -
rosnie temperatura i spada opor, a przy nizszej temperaturze zarowka swieci
slabiej. Pytanie moze jednak dotyczyc czegos innego, wzrostu oporu w czasie
(skutkiem "zuzywania" zarowki, o ile takowe jest, ale wydaje sie, ze
powinno, przy tych temperaturach) i wtedy z kazdym kolejnym dniem zarowka
swieci coraz slabiej.
> Nigdy nie obserwowałem momentu zapalania się żarówki i trudno mi
> stwierdzić czy najpierw jest jaśniejsza, a potem jej jasność jest mniej
> intensywna. Na
Zarowka rozswietla sie dosc szybko, ale i tak widac ten efekt w porownaniu z
LEDami. Poobserwuj kiedys kierunkowskazy samochodow. Wieszkosc ma zarowki,
ale np. nowe VW maja LEDy i widac, ze sa one duzo szybsze.
Ghost
Użytkownik "Rafał Drobot" <jb...@wp.pl> napisał w wiadomości
news:ftkbdg$q0e$1...@atlantis.news.neostrada.pl...
>
> Robiąc zbiór zadań do matury natrafiłem na pytanie, którego nie jestem w
> stanie zrozumieć.
>
> Brzmi ono następująco:
>
> "Czy wzrost oporu wpływa na jasność świecenia żarówki?"
>
> W odpowiedziach jest napisane, że: "wraz ze wzrostem oporu żarówki maleje
> jasność światła"
Tak, ale w ramach pojedynczego "wlaczenia" to sie dzieje rownoczesnie -
rosnie temperatura i rosnie opor, a przy nizszej temperaturze zarowka swieci
slabiej. Pytanie moze jednak dotyczyc czegos innego, wzrostu oporu w czasie
(skutkiem "zuzywania" zarowki, o ile takowe jest, ale wydaje sie, ze
powinno, przy tych temperaturach) i wtedy z kazdym kolejnym dniem zarowka
swieci coraz slabiej.
> Nigdy nie obserwowałem momentu zapalania się żarówki i trudno mi
> stwierdzić czy najpierw jest jaśniejsza, a potem jej jasność jest mniej
> intensywna. Na
Zarowka rozswietla sie dosc szybko, ale i tak widac ten efekt w porownaniu z
Olisadebe
> "Czy wzrost oporu wpływa na jasność świecenia żarówki?"
>
> W odpowiedziach jest napisane, że: "wraz ze wzrostem oporu żarówki maleje
> jasność światła"
...
> czu nie ująć tego z Joul'a Lenza. Jeśli Q =I^2Rt, to wraz ze wzrostem R,
> które rośnie jak f(x)=x,
Nie tak, bo I= U/Rt czyli Q = U^2/Rt
Q maleje z ze wzrostem Rt !
Po za tym w pytaniu chodzi prawdopodobnie nie o rozgrzewanie się
żarówki, ale o porównanie różnych żarówek.
Żarówka o mocy 40 W a większy opór niż żarówka o mocy 100 W
--
Oli
Antek Laczkowski
> Dzieñ dobry.
>
> "Czy wzrost oporu wp³ywa na jasno¶æ ¶wiecenia ¿arówki?"
>
> W odpowiedziach jest napisane, ¿e: "wraz ze wzrostem oporu ¿arówki maleje
> jasno¶æ ¶wiat³a"
>
> Nigdy nie obserwowa³em momentu zapalania siê ¿arówki i trudno mi
> stwierdziæ
> czy najpierw jest ja¶niejsza, a potem jej jasno¶æ jest mniej intensywna.
Nie wiem, czy miałeś kiedyś do czynienia ze źle wykonanym sciemniaczem do
żarówek? Gdy przykręcamy jasność prawie na minimum, żarówka *zaczyna migać*
tak kilka razy na sekundę. Efekt jest bardzo wyraźny, gdy sciemniacz działa
na triaku, który z napięcia sieciowego "wycina" fragmenty sinusoidy, tak,
że
napięcie, podawane na żarówkę ma kształt ___|-|______|-|____.
Zachodzi to 100 razy na sekundę, częściej niz migotanie i *skuteczne*
napięcie można uznać za stałe. Natomiast *prąd* płynący przez żarówkę
zależy od jej oporu: I = U/R.
Załóżmy, że żarówka akurat zgasła. Chłodne włókno ma mały opór i zaczyna
płynąć *duży prąd*. Zarówka rozjaśnia się. Ale to powoduje wzrost oporu
i spadek prądu, czyli jasności.
Na tym odciku czasu odpowiedź z testu jest prawdziwa. Bezwładność cieplna
włókna powoduje, że żarówka świeci jeszcze przez moment, zanim się
wychłodzi.
Ale prąd już jest mały (bo opór duży), nie potrafi podtrzymać świecenia,
żarówka gaśnie, opór maleje, prąd rośnie i cykl się powtarza.
Odpowiedź w teście powinna być "ze wzrostem oporu maleje *moc* żarówki".
Dlatego w powyższym przykładzie żarówka gaśnie - bo ma za małą moc,
a zaczyna świecić, bo ma dużą moc (chwilowo). Natomiast operowanie
pojęciem "światło widzialne" jest ryzykowne, bo jak wynika z powyższego
przykładu zmiany jasności są *opóźnione* w stosunku do zmian oporu,
ponieważ żarówka ma bezwładność - czas potrzebny na rozgrzanie się lub
wystudzenie jej włókna.
Antek
PS: Dobrze wyjaśnia odpowiedź w teście Ghost pojęciem "starzenia się"
żarówki.
Rafał Drobot
Wielkie dzięki.
Mat S
> z LEDami. Poobserwuj kiedys kierunkowskazy samochodow. Wieszkosc ma
> zarowki, ale np. nowe VW maja LEDy i widac, ze sa one duzo szybsze.
Inna sprawa, że te kierunkowskazy są sterowane elektronicznie i nie świecą
światłem ciągłym (nie chodzi mi o to, że mrugają jak to kierunkowskazy mają
w zwyczaju, tylko że nawet w trybie "on" są to błyski). Widać ten efekt,
jeśli na takie światełko popatrzymy podczas szybkiego obrotu głowy w którąś
stronę.
MS
Ghost
Użytkownik "Mat S" <fishbed_...@poczta.onet.pl> napisał w wiadomości
news:ftl9n1$70v$1...@atlantis.news.neostrada.pl...
Dziwne by to bylo - nie widze sensu czegos takiego.
Mat S
Też nie wiem jaki jest cel takiego rozwiązania - ale efekt widziałem.
MS
J.F.
>Robiąc zbiór zadań do matury natrafiłem na pytanie, którego nie jestem w
>stanie zrozumieć.
>Brzmi ono następująco:
>"Czy wzrost oporu wpływa na jasność świecenia żarówki?"
>
>W odpowiedziach jest napisane, że: "wraz ze wzrostem oporu żarówki maleje
>jasność światła"
A cale zadanie ? Cos im sie chyba pomylilo.
W ogolnosci - dla zarowki wzrost oporu wlokna jest ok 10x od
temperatury pokojowej do temperatury pracy.
Zas intensywnosc swiecenia zalezy mocno od temperatury [i to mocno
nieliniowo].
Jesli wiec chodzi o zwykla zarowke - im wieksza moc doprowadzona
[wzglednie dlugotrwale], tym jasniej swieci i tym ma wiekszy opor.
Tylko ze to jest powiazane, nie ma tak ze to wzrost oporu powoduje
wzrost jasnosci.
>Nigdy nie obserwowałem momentu zapalania się żarówki i trudno mi stwierdzić
>czy najpierw jest jaśniejsza, a potem jej jasność jest mniej intensywna.
Nie powinienes nic takiego zauwazyc. Owszem, na poczatku plynie duzy
prad [przy zasilaniu ze zrodla napiecia], ale sluzy do rozgrzewania
wlokna. W miare rozgrzewania rosnie ilosc swiatla, ale tez rosnie
opor i spada prad. To wszystko jednoczesnie i nie ma powodu
do jakiegos "przesterowania".
>Proszę o wskazanie błędu w moim rozumowaniu, bo nie potrafię pojąć dlaczego
>jak żarówka się nagrzewa emituje coraz mniej światła widzialnego.
Jest wrecz odwrotnie.
Im wyzsza temperatura tym wieksza emisja ogolem, i wiekszy procent
swiatla widzialnego w tej emisji.
Odwrocenie jest gdzies ponad 6000K - coraz wiekszy % ultrafioletu,
a mniejszy swiatla widzialnego - ale o ile pamietam to calkowita
emisja widzialnego nadal rosnie.
Tyle ze zarowki pracuja do 3000.
J.
J.F.
>Użytkownik "Mat S" <fishbed_...@poczta.onet.pl> napisał w wiadomości
>> światłem ciągłym (nie chodzi mi o to, że mrugają jak to kierunkowskazy
>> mają w zwyczaju, tylko że nawet w trybie "on" są to błyski). Widać ten
>> efekt, jeśli na takie światełko popatrzymy podczas szybkiego obrotu głowy
>> w którąś stronę.
>
>Dziwne by to bylo - nie widze sensu czegos takiego.
Sens jest - jesli maja pracowac od 9 do 18V [awaria regulatora],
to w zasadzie niezbedna przetwornica. Impulsowa.
J.
Mateusz Nowaczyk
Użytkownik "J.F." <jfox_x...@poczta.onet.pl> napisał w wiadomości
news:46asv352q6lv5gol4...@4ax.com...
> a mniejszy swiatla widzialnego - ale o ile pamietam to calkowita
> emisja widzialnego nadal rosnie.
>
Ghost
Brzmi rozsadnie.
H.D.
Użytkownik "Mateusz Nowaczyk" napisał w
>
> Użytkownik "J.F." napisał w wiadomości
> > a mniejszy swiatla widzialnego - ale o ile pamietam to calkowita
> > emisja widzialnego nadal rosnie.
> >
> Mam nadzieję - rozkład Plancka to rosnąca funkcja temperatury :)
>
Zagadnienie nie jest jednoznaczne.
To ze rosnie/maleje rezystancja nie jest jednoznaczne
ze zmniejszaniem/zwiekszaniem temperatury i tym samym jasnosci.
wzrost/ zmniejszanie temperatury jest bardziej zwiazane z gestoscia pradu
lub jeszcze inaczej na to patrzac moca wydzielana na jednostke objetosci.
Jezeli bedziemy zmniejszac przekroj przewodu ( naprzyklad nacinajac go lub
sciskajac)
to rezystancja bedzie rosla i temperatura tez az w pewnym momencie zwezany
przekroj zacznie swiecic.
H.D.
Mateusz Nowaczyk
Użytkownik "H.D." <hd...@vp.pl> napisał w wiadomości
news:ftlm2u$36c$1...@news2.ipartners.pl...
>
> Użytkownik "Mateusz Nowaczyk" napisał w
> >
> > Użytkownik "J.F." napisał w wiadomości
>
> > > a mniejszy swiatla widzialnego - ale o ile pamietam to calkowita
> > > emisja widzialnego nadal rosnie.
> > >
> > Mam nadzieję - rozkład Plancka to rosnąca funkcja temperatury :)
> >
> Zagadnienie nie jest jednoznaczne.
Ale przedpiśca pisał tylko o temperaturze :)
> To ze rosnie/maleje rezystancja nie jest jednoznaczne
> ze zmniejszaniem/zwiekszaniem temperatury i tym samym jasnosci.
No nie jest.
> wzrost/ zmniejszanie temperatury jest bardziej zwiazane z gestoscia pradu
> lub jeszcze inaczej na to patrzac moca wydzielana na jednostke objetosci.
> Jezeli bedziemy zmniejszac przekroj przewodu ( naprzyklad nacinajac go lub
> sciskajac)
> to rezystancja bedzie rosla i temperatura tez az w pewnym momencie zwezany
> przekroj zacznie swiecic.
>
Ale dla jednej ustalonej żarówki wraz z oporem rośnie temperatura, a wraz z
temperaturą emisja (zarówno całkowita, jak i dla każdej częstotliwości). I
to chyba zadaniotwórca miał na myśli, bo oczywiście możemy wyobrazić sobie
żarówki o różnych oporach i tej samej jasności, chociażby takie o różnym
napięciu znamionowym...
Stanislaw Sidor
> Ale dla jednej ustalonej żarówki wraz z oporem rośnie temperatura
Jestes pewien? Chodzi o taka zarowke np. w zyrandolu (upewnie sie)?
--
(STS)
Sola ratio perfecta beatum facit.
Tylko doskonały rozum czyni człowieka szczęśliwym. [Seneka]
J.F.
>Newsuser "Mateusz Nowaczyk" <nied...@pkp.pl> wrote ...
>> Ale dla jednej ustalonej żarówki wraz z oporem rośnie temperatura
>
>Jestes pewien? Chodzi o taka zarowke np. w zyrandolu (upewnie sie)?
A masz jakies watpliwosci ?
J.
Stanislaw Sidor
J.F.
>> >Newsuser "Mateusz Nowaczyk" <nied...@pkp.pl> wrote ...
>>>> Ale dla jednej ustalonej żarówki wraz z oporem rośnie temperatura
>> >
>> >Jestes pewien? Chodzi o taka zarowke np. w zyrandolu (upewnie sie)?
>>
>> A masz jakies watpliwosci ?
>
>Mam.
Z czego wynikajace ?
J.
H.D.
Użytkownik "Mateusz Nowaczyk" napisał
>
> Ale dla jednej ustalonej żarówki wraz z oporem rośnie temperatura,...
Ale dla zarowki to raczej rezystancja rosnie z temperaturą :)
H.D.
Stanislaw Sidor
Ze wzoru na moc tracana w zarowce, w ktorym U=const :)
Delfino Delphis
> Jezeli bedziemy zmniejszac przekroj przewodu ( naprzyklad nacinajac go lub
> sciskajac)
> to rezystancja bedzie rosla i temperatura tez az w pewnym momencie zwezany
> przekroj zacznie swiecic.
>
A nie na odwrót? Jeśli będziemy pogrubiać przewód, to opór będzie malał,
prąd będzie rósł, a więc większa moc będzie się wydzielała. Temperatura
wzrośnie, a przewód zacznie świecić.
Cezary Grądys
> Sens jest - jesli maja pracowac od 9 do 18V [awaria regulatora],
> to w zasadzie niezbedna przetwornica. Impulsowa.
>
18 V to już akumulator będzie do wymiany. Kiedyś to było na jakichś
bimetalach itp nikt w samochodzie nie stabilizował zasilania żarówek.
Może te błyski to nie z żarówek tylko led'ów ?
--
Cezary Grądys <czarek...@cartalia.com>
Ghost
Użytkownik "Cezary Grądys" <czarek...@cartalia.com> napisał w wiadomości
news:ftneke$b5h$1...@opal.futuro.pl...
> J.F. napisał(a):
>
>
>> Sens jest - jesli maja pracowac od 9 do 18V [awaria regulatora],
>> to w zasadzie niezbedna przetwornica. Impulsowa.
>>
>
> 18 V to już akumulator będzie do wymiany.
No lepiej zeby sam akumulator, niz akumulator i cala kupa innego sprzetu.
> Kiedyś to było na jakichś bimetalach itp nikt w samochodzie nie
> stabilizował zasilania żarówek.
> Może te błyski to nie z żarówek tylko led'ów ?
No przeciez o tym mowa.
Cezary Grądys
>
> No przeciez o tym mowa.
A no tak, ale nieco wyżej i jakoś przeoczyłem, a wątek typowo o żarówkach.
--
Cezary Grądys <czarek...@cartalia.com>
H.D.
Użytkownik "Delfino Delphis" napisał
Troche niezrozumiales istoty mojej uwagi :)
To co Ty proponujesz jest zwiazane ze zwiekszaniem energii.
Ja pokazuje przyklad ze przy zmniejszaniu energii ( zwiekszaniu rezystanji
przy tym samym napieciu)
przewod tez moze zaswiecic !
Co sie czasami zdarza, w gniazdku gdy przewody zle kontaktuja i robia pozar.
:)
H.D.
Cezary Grądys
> Troche niezrozumiales istoty mojej uwagi :)
> To co Ty proponujesz jest zwiazane ze zwiekszaniem energii.
> Ja pokazuje przyklad ze przy zmniejszaniu energii ( zwiekszaniu rezystanji
> przy tym samym napieciu)
> przewod tez moze zaswiecic !
> Co sie czasami zdarza, w gniazdku gdy przewody zle kontaktuja i robia pozar.
To zależy, jakie źródło widzi ta rezystancja. W gniazdku widzi jakąś
rezystancję źródła (czajnik czy coś) + rezystancja przewodów. Czyli
bardziej źródło prądowe. Jak styk zły to tam zaczyna się wydzielać
więcej ciepła. Ale jak podłączymy drut bezpośrednio do gniazdka, to
będzie widział małą rezystancję i przy mniejszym oporze się będzie
bardziej grzał.
To kwestia dopasowania.
--
Cezary Grądys <czarek...@cartalia.com>
H.D.
Użytkownik "Cezary Grądys" napisał
> To zależy, jakie źródło widzi ta rezystancja. W gniazdku widzi jakąś
> rezystancję źródła (czajnik czy coś) + rezystancja przewodów. Czyli
> bardziej źródło prądowe. Jak styk zły to tam zaczyna się wydzielać
> więcej ciepła. Ale jak podłączymy drut bezpośrednio do gniazdka, to
> będzie widział małą rezystancję i przy mniejszym oporze się będzie
> bardziej grzał.
> To kwestia dopasowania.
>
Moj przyklad pokazuje, ze przewod , ktory normalnie nie swieci moze
zaswiecic
bez zwiekszania energii. ( oczywiscie nie na calej dlugosci).
Moze to sie stac nawet samoczynnie na przyklad
w momencie kiedy przewod ulegnie miejscowej korozzji.
i nie chodzi tu o "czajnik" lub podobne urzadzenie w szeregu.
Mowimy o przewodzie oporowym ktory pracuje jako grzalka
i normalnie "nie swieci". Jezeli go na odpowiednio krotkim odcinku
scisniemy ( zmniejszymy przekroj) to w tym miejscu
ma szanse zaswiecic.( zwiekszyc temperatyre).
Przyklad mial na celu wykazanie ze wzrost rezystancji moze byc zwiazany
zarowno ze spadkiem jak i wzrostem temperatury.
H.D.
J.F.
>J.F. napisał(a):
>> Sens jest - jesli maja pracowac od 9 do 18V [awaria regulatora],
>> to w zasadzie niezbedna przetwornica. Impulsowa.
>>
>18 V to już akumulator będzie do wymiany.
No bedzie, ale do tego czasu swiatla powinny byc :-)
>Może te błyski to nie z żarówek tylko led'ów ?
O LEDach mowa.
J.
Cezary Grądys
> Widze, ze nadal jestem zle rozumiany :)
> Moj przyklad pokazuje, ze przewod , ktory normalnie nie swieci moze
> zaswiecic
> bez zwiekszania energii. ( oczywiscie nie na calej dlugosci).
No właśnie, ale moc wydzielana w tym miejscu wzrośnie, niekoniecznie moc
pobierana ze źródła.
--
Cezary Grądys <czarek...@cartalia.com>
$tipa
> Dziwne by to bylo - nie widze sensu czegos takiego.
>
Zdaje się, że diody nie za bardzo nadają się do świecenia
ciemniej-jaśniej, a te same diody świecą jako pozycyjne i jakio stopy,
węc jako pozycyjne świecą impulsowo. Podobnie jest z przygasającymi
diodami choinkowymi.
Stipa
J.F.
>> Dziwne by to bylo - nie widze sensu czegos takiego.
>>
>Zdaje się, że diody nie za bardzo nadają się do świecenia
>ciemniej-jaśniej
Bardzo dobrze sie nadaja.
Ewentualne wady moga wynikac z nieliniowosci zaleznosci jasnosci od
pradu [z reguly mala], z drobnej zmiany widma - w tym takze diod
bialych.
J.