有趣的燈泡串聯實驗

生活科學趣談

猜猜看背後的科學原理是甚麼?

解析:

依照電阻定律 R=ρ×(L/A),式中的電阻率ρ並非是一個定值,它會隨溫度而變化。在溫度變化不大時,電阻率與溫度存在著線性關係:

\rho _{t}=\rho _{0}(1+\alpha t),其中 \rho _{0}是該材料在0℃時的電阻率,\rho _{t}t℃時的電阻率,\alpha 是電阻率的溫度係數。多數金屬在常溫下的電阻率溫度係數\alpha 約為0.004。

當影片中大顆的白熾燈泡通電後,由於電流熱效應的緣故,導致其電阻率隨溫度的升高而變大,造成燈泡鎢絲的電阻變大,所以通過鎢絲的電流就會下降。因為小燈泡是與大燈泡串聯,因此通過小燈泡的電流也會跟著下降。那麼既然通過大顆白熾燈泡與小燈泡的電流都是下降,為何唯獨小燈泡會熄滅呢?這是因為大顆白熾燈泡的鎢絲長度比小燈泡的長,大顆白熾燈泡的電阻值就會比小燈泡大(假設二者的粗細相同),因此大顆白熾燈泡的電功率 I2R 會比小燈泡大,導致其溫度上升的幅度大於小燈泡,從而電阻值的增加比例就會大於小燈泡。既然小燈泡電功率 I2R中的電流 I 會下降,而其電阻R也比剛開始發亮時還小,因此這兩個效應加在一起就會造成小燈泡的電功率大為下降。所以只要配合適當功率的大顆白熾燈泡,在迴路在接通後,就能呈現出小燈泡由亮變暗甚至是熄滅的情況。至於吹風會讓小燈泡再度亮起,這是因為氣流冷卻了大顆白熾燈泡的鎢絲,導致其電阻值下降,從而提高了流經小燈泡的電流所造成之現象,這種機制可應用於空氣流量計。

同場加映:Mysterious Lightbulb

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