Électricité et magnétisme · GCSE Physique Thème 4 (Électricité et puissance)
Simulateur de puissance et de luminosité d’ampoules
Simuler la luminosité de l'ampoule et la puissance nominale par rapport à la puissance réelle: résoudre le 40W vs 100W série paradoxe (40W l'ampoule brille plus lumineux en raison d'une plus grande résistance R = U²/P).
- Côté client
- Pas d'inscription
- Dérivés vivants
- Mode projecteur
- Imprimer la feuille de travail
Étape de simulation 3D● 60 FPS
Contrôles des paramètres
V
W
W
Dérivations et métriques en direct
Ampoule 1 Puissance réelle
--
Ampoule 2 Puissance réelle
--
Ampoule 1 Résistance R1
--
Ampoule 2 Résistance R2
--
Calcul de la formule en temps réel
Formule de calcul:
--Substitution:
--Régime : --
Version pour enfants primaires :Éclairer l'ampoule: Circuits simples pour les enfants
Exemples travaillés et question d'examen Plongée profonde
Problème travaillé
Problème : Ampoules L1 (6V 3W) et L2 (6V 6W) filées en série sur 9V. Quelle lumière normalement ? Est-ce que l'un ou l'autre brûle ?
Dérivation étape par étape :
- I1_rated = 0.5A, R1 = 12Ω. I2_rated = 1.0A, R2 = 6Ω. Courant série I = 9/(12+6) = 0.5A. L1 fonctionne à la note 0.5A normalement; L2 fonctionne légèrement; ni les brûlures.
Problème travaillé
Problème : Un compteur électrique lit 3000 tours/(kW·h). Une bouilloire seule tourne le disque 150 rev en 3 min. Trouvez sa puissance électrique réelle.
Dérivation étape par étape :
- Énergie consommée W = 150/3000 = 0,05 kW·h = 180 kJ. Temps t = 180 s. Puissance réelle P = W/t = 180 000/180 = 1000W.
Feuille de travail et problèmes de pratique
Q1. Variante 1: Comparer les ampoules à incandescence 220V 40W et 220V 100W, quel filament est plus épais?
Clé de réponse : À partir R = U²/P, une puissance plus élevée nécessite une résistance plus faible. 100W ampoule a une résistance plus faible et un filament de tungstène plus épais et plus court.
Q2. Variante 2 : Dans la mesure de la puissance de l'ampoule, peut-on calculer plusieurs puissances d'essai comme "puissance nominale"? Pourquoi ?
Clé de réponse : Jamais ! La puissance réelle varie avec la tension. La puissance nominale est définie strictement à la tension nominale. La moyenne des différents essais de tension n'a pas de sens.
Q3. Variante 3: Pourquoi les ampoules incandescentes brûlent-elles presque toujours à l'instant où elles sont allumées?
Clé de réponse : Le tungstène froid a une résistance inférieure de 10x à la température de fonctionnement. L'allumer crée une poussée massive de courant 10x qui souffle des points faibles.
Foire aux questions et idées fausses
"kWh" est-il une unité de puissance ou d'énergie? Combien de Joules est 1 kWh?
Énergie! 1 kWh = 1000W * 3600s = 3,6*10^6 Joules (3,6 MJ). Il alimente une ampoule 100W pendant 10 heures.
Pourquoi les ampoules LED sont-elles beaucoup plus économes en énergie que les ampoules incandescentes ?
Les ampoules incandescentes gaspillent plus de 90 % de l'électricité sous forme de chaleur infrarouge thermique invisible. Les LED produisent de la lumière par électroluminescence à l'état solide à une efficacité > 50%.
Pour connecter deux ampoules 110V en série sur 220V, quelle condition doit tenir?
Leur puissance nominale doit être strictement identique ! Sinon, les résistances inégales divisent inégalement la tension, alternant et soufflant l'ampoule de résistance supérieure.
Les appareils ménagers consomment-ils de l'énergie en mode veille?
Oui ! Les transformateurs de puissance internes et les microcontrôleurs restent sous tension, tirant 0,5W à 5W par appareil en continu (charge fantôme).