07. Disiparea puterii

Acasă » Aplicaţii practice » 01 - Concepte de bază

Scopul experimentului

Scopul acestui experiment este familiarizarea cu legea lui Joule, importanţa puterii nominale a componentelor precum şi importanţa punctelor electric comune.

Materiale necesare

Pentru realizarea acestui experiment, veţi avea nevoie de doi rezistori cu o putere de 0,25 W: unul de 10 Ω şi celălalt de 330 Ω. Nu folosiţi o baterie mai mare de 6 V. Este indicat ca termometrul utilizat să fie cât mai mic cu putinţă, pentru a putea măsura rapid căldura produsă de rezistor. Circuitul pe care îl vom realiza este următorul:

Practic, circuitul va arăta conform figurii de mai jos. Atenţie însă, nu ţineţi rezistorul între degete atunci când este alimentat.

Realizarea circuitului şi a măsurătorilor

Măsuraţi valoarea fiecărui rezistor cu ohmmetrul. Notaţi-vă valorile obţinute pentru a le putea folosi în viitor.

Conectaţi rezistorul de 330 Ω la bateria de 6 V, precum în figura de mai sus. Folosiţi conductori adiţionali. Conectaţi prima dată conductorii de legătură la terminalii rezistorului. Conectaţi apoi (şi nu înainte!) conductorii la baterie. Putem evita astfel atingerea suprafeţei rezistorului atunci când acesta este alimentat.

Poate vă întrebaţi de ce am încerca să evităm contactul cu suprafaţa rezistorului când acesta este alimentat. Răspunsul este că acesta se va încălzi. Acesta este şi motivul pentru care avem nevoie de un termometru, pentru a măsură această temperatură.

Cu rezistorul de 330 Ω conectat la baterie, măsuraţi tensiunea cu ajutorul voltmetrului. Putem realiza acest lucru în mai multe feluri. Tensiunea poate fi măsurată direct la bornele bateriei, sau direct la bornele rezistorului. Tensiunea bateriei este aceiaşi cu tensiunea la bornele rezistorului în circuitul de faţă. Încercaţi să măsuraţi tensiunea în ambele puncte pentru a vă lămuri că acest lucru este adevărat. Acesta este un principiu al punctelor electric comune, ceea ce avem şi în circuitul de mai jos:

Calcularea puterii disipate - aplicarea legii lui Joule

Acum că avem toate datele necesare (rezistenţă, tensiune şi curent), putem calcula puterea disipată. Putem folosi oricare dintre cele trei relaţii - cunoscute sub numele de „legea lui Joule” - cunoscând cel puţin două valori dintre cele trei enumerate mai sus:

Încercaţi să calculaţi puterea disipată în acest circuit, folosindu-vă de cele trei valori măsurate mai sus. Indiferent de formula pe care o aplicaţii, rezultatul va fi aproximativ acelaşi. Presupunând că avem o baterie de 6 V şi un rezistor de 330 Ω, puterea disipată va fi de 0,109 W, sau 109 mW. Din moment ce puterea nominală a rezistorului (specificată de producător) este de 0,25 W sau 250 mW, rezistorul nostru poate disipa fără probleme o putere de 109 mW. Fiindcă valoarea efectivă a puterii este aproximativ jumătate din puterea nominală, rezistorul se va încălzi puţin, dar nu se va supra-încălzi. Atingeţi mijlocul rezistorului cu vârful termometrului. Care este temperatura acestuia?

Puterea (maximă) nominală a componentelor electrice

Puterea (maximă) nominală (înscrisă pe component sau specificată de producător) a unui component electric nu ne spune cantitatea de putere ce o va disipa componentul respectiv. Ne spune în schimb, care este cantitate de putere ce o poate disipa fără a duce la distrugerea acestuia. Dacă puterea efectiv disipată în timpul funcţionării depăşeşte puterea nominală a componentului, temperatura acestuia va creşte atât de mult încât va duce la distrugerea lui.

Pentru a ilustra cele spuse mai sus, deconectaţi rezistorul de 330 Ω. Înlocuiţi-l cu un rezistor de 10 Ω. Evitaţi atingerea acestuia după ce aţi alimentat circuitul, deoarece se va încălzi repede. Atenţie, ţineţi rezistorul de 10 Ω departe de materiale inflamabile de orice fel, atunci când este alimentat!

Probabil că nu veţi avea timp suficient să măsuraţi tensiunea şi curentul înainte ca rezistorul să scoată fum. Dacă observaţi un astfel de comportament, întrerupeţi circuitul şi lăsaţi rezistorul câteva clipe pentru a se răci. Măsuraţi apoi rezistenţa acestuia cu ohmmetrul şi vedeţi dacă există o variaţie faţă de valoarea iniţială a rezistenţei. Dacă valoarea se încadrează încă în limita de +/-5 (între 9,5 şi 10,5 Ω), reconectaţi rezistorul înapoi în circuit şi lăsaţi-l să mai fumege puţin.

Ce se întâmplă cu valoarea rezistenţei pe măsură ce rezistorul se arde din ce în ce mai tare? Distrugerea totală a rezistorului duce la o valoare a rezistenţei infinită între cei doi terminali.

Realizaţi acum calculele pentru aflarea puterii disipate de rezistorul de 10 Ω folosind legile lui Joule. Un rezistor de 10 Ω conectat la o baterie de 6 V va disipa o putere de 3,6 W, de 14,4 ori mai mult decât puterea nominală a acestuia. Nu e de mirare atunci că „ia foc” aşa de repede după conectarea la baterie.