展演實驗2-3 燈泡電阻的測量-電的消耗

操作步驟:

右圖是根據左側的電路圖,串聯3V電池、燈泡、安培計(三用電表),而且在燈泡的兩端並聯伏特計(三用電表)

接通電池盒上的開關後,燈泡會發光,此時讀出安培計讀值(I)與伏特計讀值(V)。

利用歐姆定律V=IR(或R=V/I),計算燈泡發光時燈泡的電阻。

切斷電路,用歐姆計測量燈泡的電阻。與燈泡發光時的電阻比較,看哪一個比較大?


原理說明:

白熾燈泡是一種傳統的照明設備。藉由電流的熱效應,將燈泡殼中的鎢絲加熱。加熱到一定的溫度(約2500°C)後,鎢絲的熱輻射會出較多的可見光,燈泡看起來就發光了。

如果觀察白熾燈泡,發現某處會有標示。例如圖中的燈泡標示「3V 0.2A」。有一些白熾燈泡則是會標示額定電壓與額定功率。3V為額定電壓,為工作時需要的外加電壓,超過3V易使燈泡損壞。0.2A為額定電流,為外加電壓3V時流過的電流。可以藉此計算額定功率P=IV=0.6 W,也可以藉由歐姆定律V=IR計算理論的電阻,R=V/I=15 Ω。

當燈泡亮起,測量的電阻值卻遠小於上述的15Ω怎麼結果不一致?莫非是歐姆定律或是儀器有問題?

事實上,金屬的電阻會隨著溫度的升高而增加。當輸入的V和I越高,功率VI也越高,使鎢絲的溫度上升,電阻也會隨之上升。所以才會造成室溫下量測的電阻和燈泡點亮時的電阻不一樣的情況。如果把這個想法放入歐姆定理,電燈泡V-I圖應該修正成凹向上的曲線,曲線的切線斜率是加熱後的鎢絲電阻值。 <看更完整的說明>