消費電力

部品と材料

• 電卓（または算術を行うための鉛筆と紙）
• 6ボルトバッテリー
• 2つの1/4ワット抵抗：10Ωと330Ω。
• 小型温度計

抵抗値は正確である必要はありませんが、指定された数値の5％以内です（10Ω抵抗の場合は+/-0.5Ω、330Ω抵抗の場合は+/-16.5Ω）。

5％許容誤差の10Ωおよび330Ω抵抗器のカラーコードは次のとおりです。ブラウン、ブラック、ブラック、ゴールド（10、+ / -5％）、およびオレンジ、オレンジ、ブラウン、ゴールド（330、+ / -5％） 。

この実験では、6ボルト以外のバッテリーサイズを使用しないでください。

抵抗器によって生成された熱を迅速に検出できるように、温度計はできるだけ小さくする必要があります。

体温計を使うタイプの体温計をお勧めします。

相互参照

電気回路の教訓 、第1巻、第2章：「オームの法則」

学習目標

• 電圧計の使用
• 電流計の使用
• 抵抗計の使用
• ジュールの法則の使用
• コンポーネントの電力定格の重要性
• 電気的に共通のポイントの重要性

回路図

イラスト

手順

抵抗計を使用して各抵抗器の抵抗を測定し、後で参照できるように紙に正確な値を書き留めます。

図に示すように、ジャンパー線のペアを使用して、330Ωの抵抗を6ボルトのバッテリーに接続します。

前にジャンパー線を抵抗端子に接続します もう一方の端をバッテリーに接続します。

これにより、バッテリー電源が供給されているときに指が抵抗器に触れないようになります。

なぜ私が動力付き抵抗器との身体的接触を勧めないのか疑問に思われるかもしれません。これは、バッテリーから電力を供給すると高温になるためです。

温度計を使用して、電源が入っているときの各抵抗器の温度を測定します。

330Ωの抵抗をバッテリーに接続した状態で、電圧計で電圧を測定します。

電圧の測定では、適切な測定値を取得する方法が複数あります。

電圧は、バッテリーの両端で直接測定することも、抵抗の両端で直接測定することもできます。

これらの2つのコンポーネントは電気的に共通のポイントの同じセットを共有するため、バッテリー電圧はこの回路の抵抗電圧と同じです。抵抗の一方の側はバッテリーの一方の側に直接接続され、抵抗のもう一方の側は直接接続されます。バッテリーの反対側に。

図の上部ワイヤ（赤色）に沿ったすべての接点は、互いに電気的に共通です。

下側のワイヤー（黒色）に沿ったすべての接点は、同様に互いに電気的に共通です。

上のワイヤーの任意のポイントと下のワイヤーの任意のポイントの間で測定された電圧は同じである必要があります。

任意の2つの共通点間で測定された電圧 ただし、ゼロにする必要があります。

電流計を使用して、回路を流れる電流を測定します。繰り返しますが、電流計が流路内に配置されている限り、電流を測定する「正しい」方法はありません。 電圧源の両端ではなく、抵抗を通過する電子の流れ。

これを行うには、回路を中断し、電流計を内に配置します。 そのブレーク：2つのテストプローブを、ブレークから開いたままの2本のワイヤまたは端子端に接続します。次の図に、実行可能なオプションの1つを示します。

抵抗抵抗、回路電圧、回路電流を測定して記録したので、電力を計算する準備が整いました。 散逸。

電圧は電子を動機付けて回路内を移動する電気的な「プッシュ」の尺度であり、電流は電子の流量の尺度ですが、電力は仕事率の尺度です。 ：回路内でどのくらいの速さで作業が行われているのか。

電子を抵抗に押し込むにはある程度の作業が必要であり、電力は急速に その作業が行われています。

数式では、電力は文字「P」で表され、ワット（W）の単位で測定されます。

電力は、電圧、電流、抵抗の3つの量のうちの任意の2つを前提として、3つの方程式（まとめてジュールの法則と呼ばれます）のいずれかによって計算できます。

電圧、電流、抵抗の3つの測定値を使用して、この回路の電力を計算してみてください。

どのように計算しても、消費電力の数値はほぼ同じである必要があります。

6.000ボルトのバッテリーと正確に330Ωの抵抗を想定すると、メトリックプレフィックスを使用すると、消費電力は0.1090909ワット、つまり109.0909ミリワット（mW）になります。

抵抗器の電力定格は1/4ワット（0.25ワット、つまり250 mW）であるため、このレベルの電力損失を維持する能力を超えています。

実際の電力レベルは定格電力のほぼ半分であるため、抵抗器は著しく暖かくなるはずですが、 超えてはなりません。 熱。

温度計の端を抵抗器の中央にタッチして、温度計がどれだけ暖かくなるかを確認します。

電気部品の電力定格は、それがどのくらいの電力になるかを教えてくれません 消散しますが、それが どれだけの力を発揮するか ダメージを受けることなく消散します。

実際の消費電力量がコンポーネントの電力定格を超えると、そのコンポーネントは損傷点まで温度を上昇させます。

説明のために、330Ωの抵抗を外し、10Ωの抵抗と交換します。繰り返しになりますが、回路が完成したら抵抗器に触れないでください。急速に熱くなるからです。

これを行う最も安全な方法は、1つのジャンパー線をバッテリー端子から外し、次に2つのワニ口クリップから330Ωの抵抗を外し、次に2つのクリップの間に10Ωの抵抗を接続し、最後にジャンパー線をバッテリーに再接続することです。ターミナル。

注意：バッテリーから電力を供給される場合は、10Ωの抵抗器を可燃性物質から遠ざけてください！

抵抗器が煙を出し始める前に、電圧と電流の測定を行うのに十分な時間がない場合があります。

苦痛の最初の兆候が見られたら、ジャンパー線の1つをバッテリー端子から外して回路電流を遮断し、抵抗器が冷えるまでしばらく待ちます。

電源を切ったまま、抵抗計で抵抗器の抵抗を測定し、元の値から大幅にずれていることに注意してください。

それでも抵抗器の測定値が宣伝値の+/- 5％以内（9.5〜10.5Ω）の場合は、ジャンパー線を再接続して、もう少し煙を出させます。

抵抗器が圧倒されることによってますます損傷するので、抵抗器の値についてどのような傾向に気づきますか？

抵抗器は、過熱すると通常よりも大きな抵抗で故障するのが一般的です。

抵抗が増加すると電流が減少し、（一般に）消費電力が減少し、再び冷却されるため、これは多くの場合、自己保護型の故障モードです。ただし、十分に損傷している場合、抵抗器の通常の抵抗値は戻りません。

抵抗器の電力についてジュールの法則の計算を再度実行すると、6ボルトのバッテリーに接続された10Ωの抵抗器が約3.6ワットの電力を消費し、約14.4 倍であることがわかります。 その定格消費電力。バッテリーに接続した後、すぐに煙が出るのも不思議ではありません！

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