جواب فعالیت و پرسش صفحه ۶۸ فیزیک یازدهم ریاضی - همیار آموزش

جواب صفحه 68 فیزیک یازدهم

جواب فصل ۲ فیزیک یازدهم / فعالیت ۲-۷ صفحه ۶۸ فیزیک یازدهم ریاضی

فعالیت ۲-۷ صفحه ۶۸ فیزیک یازدهم ریاضی

قانون ژول بیان می‌دارد گرمای تولید شده توسط جریان Iی عبوری از یک مقاومت R در مدت زمان t برابر با RI^۲t است. این قانون را می‌توان به روش گرماسنجی با یک گرماسنج که در فیزیک دهم با آن آشنا شدید تحقیق کرد. اسباب این آزمایش در شکل نشان داده شده است. درباره چگونگی این آزمایش تحقیق کنید.
پاسخ: مقاومت رسانا را با اهم سنج اندازه گرفته و آن را در ظرف آب قرار میدهیم. شدت جریان را توسط آمپر سنج اندازه میگیریم و انرژی مصرفی را برای مدت زمان معین از U=RI^۲tپیدا میکنیم ، در این لحظه با اندازه گیری دمای آب و با استفاده از Q=mcΔθ گرما را به دست می آوریم ، مشاهده میشود که تقریبا U با Q برابر است.

فعالیت ۲-۸ صفحه ۶۸ فیزیک یازدهم ریاضی

الف) همانند شکل با یک اهم متر، مقاومت رشته سیم داخل لامپ ۱۰۰واتی را اندازه گیری کنید. سپس با استفاده از رابطه ۲-۱۰ و با داشتن مشخصات روی لامپ، مقاومت آن را در حالت روشن محاسبه کنید. نتیجه محاسبه را با مقدار اندازه گیری شده مقایسه کنید و نتیجه را پس از گفت‌وگوی گروهی گزارش دهید.
جواب: مقاومت لامپ هنگامی که روشن است، بیش از مقاومت لامپ در هنگام خاموش بودن است. در واقع رابطه $$ P=V^۲/R $$ برای محاسبه مقاومت لامپ در حالت خاموش است (توان اسمی). با روشن شدن لامپ و افزایش دمای آن، مقدار مقاومت لامپ افزایش مییابد و دیگر از رابطه داده شده پیروی نمیکند.

$$ R_۱=۳۸\Omega {مقاومت \ لامپ \ خاموش} \\ P\dfrac{V^۲}{R_۲} \implies R_۲=P\dfrac{V^۲}{P}\implies R_۲=P\dfrac{۲۲۰^۲}{۱۰۰}=۴۸۴\Omega {مقاومت \ لامپ \ در \ مدار \ } \\ $$

ب) اکنون با استفاده از نتیجه به‌دست آمده، دمای رشته سیم داخل لامپ را در حال روشن برآورد کنید (رشته سیم لامپ از جنس تنگستن و ضریب دمایی مقاومت ویژه آن $$ ۴/۵×۱۰^{−۳∘}C{−۱} $$ است).

پرسش ۲-۲ صفحه ۶۸ فیزیک یازدهم ریاضی

اگر لامپ‌های رشته‌ای (التهابی) را با لامپ‌های LED جایگزین کنیم، درخواهیم یافت که در مصرف انرژی تفاوت چشمگیری حاصل می‌شود. مثلاً درحالی که لامپ هالوژن یک کلاه ایمنی چند باتری را در ۳ ساعت مصرف می‌کند، نوع LED همان لامپ، آن باتری‌ها را در ۳۰ ساعت به مصرف می‌رساند. دلیل این اختلاف را بیان کنید.
پاسخ: در لامپ‌های رشته‌ای انرژی الکتریکی در رشته‌ی داخل لامپ، ابتدا به گرما تبدیل شده و سپس بخشی از گرمای تولیدی به صورت نور گسیل می‌شود، ولی در لامپ‌های LED انرژی الکتریکی مستقیماً به نور تبدیل می‌شود. بنابراین لامپ‌های LED مصرف انرژی کمتری دارند.