الفتيل الساخن: المقاومة ترتفع مع درجة الحرارة

كيف تلعب الفتيل الساخن

1. اختر اختبارًا واقرأ في البطاقة الفلز ومقاومته ودرجات الحرارة.
2. استخدم ⁦R = R₀·(1 + α·(T − T₀))⁩، أو حلّها بالنسبة إلى ⁦T⁩؛ وللمصباح قارن التيارين ⁦V ÷ R⁩.
3. اكتب توقعك واضغط ابدأ. يسخن الملف، وتتابعه أجهزة القياس، ويتوهج الفتيل.
4. قارن أجهزة القياس والرسم البياني بتوقعك البرتقالي.

المقاومة ترتفع مع درجة الحرارة

في الفلز تحمل التيارَ إلكتروناتٌ تنجرف بين ذرات الشبكة المهتزة. سخّن الفلز فتهتز الذرات أكثر، وتتصادم الإلكترونات أكثر، وترتفع المقاومة. وفي مدى معتدل تكون الزيادة شبه خط مستقيم: ⁦R = R₀·(1 + α·(T − T₀))⁩، حيث تخبرك ⁦α⁩ بالجزء الذي تزيد به ⁦R⁩ مع كل درجة. للنحاس ⁦α⁩ نحو ⁦0.4⁩٪ لكل درجة، لذا ملف أسخن بمقدار ⁦50 °C⁩ مقاومته أكبر بنحو ⁦20⁩٪. يعمل فتيل المصباح عند نحو ⁦2500 °C⁩، لذا مقاومته نحو اثني عشر ضعف مقاومته باردًا؛ وحين يُشغَّل باردًا يسحب قفزة تيار في الجزء الأول من الثانية. اقلب الصيغة يصبح الفلز محرارًا: مجس البلاتين ⁦Pt100⁩، الذي مقاومته ⁦100 Ω⁩ عند ⁦0 °C⁩، يُستخدم في المختبرات والمصانع لقراءة درجات الحرارة من مقاومته.

نموذج تعليمي مركّز

تتبع المقاومة النموذج الخطي ⁦R = R₀·(1 + α·(T − T₀))⁩ مع ⁦α = 0.00393 /°C⁩ للنحاس و⁦α = 0.0045 /°C⁩ للتنغستن من ⁦20 °C⁩، و⁦α = 0.00385 /°C⁩ للبلاتين من ⁦0 °C⁩. ينحني التنغستن الحقيقي إلى الأعلى عند درجات الحرارة العالية، لذا مقاومة الفتيل الحقيقي ساخنًا أكبر قليلًا مما في هذا النموذج. يُسخَّن الملف بانتظام خلال ⁦2 s⁩ ويبقى كذلك ⁦1 s⁩؛ أما المصباح الحقيقي فيسخن في نحو عُشر ثانية. أجهزة القياس والمحرار مثالية، والمصباح يعمل على ⁦230 V⁩. الإجابات ضمن ⁦2⁩٪ صحيحة.