白炽电灯的灯丝电阻和实际电功率

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1、白炽电灯的灯丝电阻和实际电功率白炽电灯（俗称电灯，以下就叫电灯）是利用电流的热效应制成的。电流通过灯丝时，灯丝的温度达2000C以上发出白光，若将电灯看成是纯 电阻用电盎，那么，电灯消耗旳买际电功率可以用=罟来廉在计算电功率时，值得注意的是温度对金属电阻率的影响，从初中开 始就提到了这个问题。初中物理阅读材料就谈到了温度对灯丝电阻的影 响。高中物理又提高了一步，谈到金属电阻随温度升高而增大。普通物理 更深入地讨论了温度和金属电阻率的函数关系p=p （1 +比厶t）。尽管如 此强调，但在计算电灯消耗的实际功率时，仍有很多学生及少数教师对灯 丝电阻受温度影响的大小缺乏数量级观念，心中无数，有的教师

2、在教学中 盲目强调灯丝电阻不变，并作为注意点对学生进行强化训练，还有的教师 干脆把题中“温度对灯丝电阻影响不计”的条件取消了，甚至不问电灯实 际工作电压的高低，把灯丝电阻作为固定电阻来使用。教师不重视，致使 绝大部分学生认为：影响不大，忽略不计。上述情况在中学物理教学中比 较普遍。温度对灯丝电阻的影响到底有多大呢？下面我们举一个常见的例题。将两个“220V、40W”的电灯并联后接到110V的电源上，计算通过每 个灯的电流及每个灯实际消耗的电功率。解， R = F誉 1210U 110k=S=009CQ）p=nj=o.09 iw=ww实际上，“220V、40W”的电灯接在11OV的电路上，用电流

3、表测出的 电流比0.09A大得多，约是0.14A,实际消耗的电功率也不是1OW,而是 约15W，由此算出的灯丝电阻不是1210，而只有800。上述现象是由金属电阻率随温度改变而发生变化的结果。由于电灯通 电后灯丝的温度很高，所以温度对灯丝电阻的影响是很大的。以灯丝材料钨为例，钨和其它金属一样，电阻率随温度的升高而变大， 钨的电阻温度系数为a=4.5X10JC-i,随温度变化钨电阻率P=P （1+a t）。式中P为0C时的电阻率，t=t-t, t为0C。我们可以用图线 0 0 0来描述钨的电阻率随温度变化的规律(见图1)。图中纵坐标取oc时的电 阻率P为长度单位。0电灯接额定电压正常发光时，灯丝

4、的温度一般都在2000C以上，若 以2400C来计算，这时钨的电阻率p二p (1+ at)0=P (1 + 4.5X 10-3X2400) 12p00在室温下用欧姆表测“220V、40W”电灯的灯丝电阻约100Q，是1210 Q的1/12，测量结果和计算结果是吻合的。当电灯接到110V的电路时， 由于灯丝两端电压低，通过的电流比额定电流小，这时灯丝温度只有 1500C左右，从图线看出，这时灯丝电阻应是0C时灯丝电阻的8倍，也 就是说灯丝的电阻约800Q，这和测量结果也是吻合的。上述分析说明，灯丝的电阻和温度有关，而灯丝的温度又和电灯两端 所加的电压有关。那么，如何计算电灯在非额定电压下消耗的实

5、际电功率 呢？我们可以利用电灯的伏安特性曲线来计算。图2中A、B、C三条曲线 分别表示额定电压220V，额定功率100W、60W、40W电灯的伏安特性曲线, 下面举例说明伏安特性曲线的用法。例1把“220V、100W”的电灯接在110V的电源上，电灯实际消耗 的电功率多大？由图2曲线A查得U=110V时（图2点）通过100W电灯的电流为0.36AP二UI=110X0.36 = 39.6（W）如不考虑温度对灯丝电阻的影响，可算出理想值U2 220：|=r=w=4S4(|u2 no2误差钉=矽爲 f * 100% = 3&9黔例2将“220V、100W”和“220V、60W”两个电灯A、B串联后接

6、 在220V的电源上，求每个灯实际消耗的功率？根据两灯串联时电流相等、总电压等于各部分电压之和的规律，用直 尺在图上沿平行于横轴的方向向上平移，直至移到直尺和两曲线相交的两 点（图2中的M、N）的横坐标数值之和等于220V，那么，两交点的坐标就 分别是电灯A、B串联在220V电源上时的电压及电流的数值。从图2上可 得到.通过两灯的电流为0. 25A, 100W电灯的实际电压是56V, 60W电灯 的实际电压是164V，于是两灯的实际电功率是P =0.25X56 = 14WAP=0.25X164=41WB从上述数据可以看出，电灯在非额定电压下使用时，由于灯丝温度变 化，电阻也变化，此时电灯实际消耗的电功率理想值和实际值相差很大， 只有在电灯上加的实际电压接近额定电压时，才可以不考虑温度的影响， 用理想值近似代替真实值。