Näin pelaat Kuumaa hehkulankaa
- Valitse testi ja lue kortilta metalli, sen resistanssi ja lämpötilat.
- Käytä kaavaa R = R₀·(1 + α·(T − T₀)) tai ratkaise siitä T; vertaa lampun kohdalla virtoja V ÷ R.
- Kirjoita ennusteesi ja paina Aloita. Kela kuumenee, mittarit seuraavat ja lanka hehkuu.
- Vertaa mittareita ja kuvaajaa oranssiin ennusteeseesi.
Resistanssi kasvaa lämpötilan mukana
Metallissa virtaa kuljettavat elektronit, jotka kulkeutuvat hilan värähtelevien atomien välissä. Kun metallia kuumennetaan, atomit värähtelevät voimakkaammin, elektronit törmäilevät useammin ja resistanssi kasvaa. Kohtuullisella välillä kasvu on lähes suora: R = R₀·(1 + α·(T − T₀)), missä α kertoo, millä osuudella R kasvaa kutakin astetta kohti. Kuparilla α on noin 0,4 % astetta kohti, joten 50 °C lämpimämmän kelan resistanssi on noin 20 % suurempi. Lampun hehkulanka toimii noin 2500 °C:ssa, joten sen resistanssi on noin kaksitoistakertainen kylmään verrattuna; kylmänä käynnistettäessä se ottaa ensimmäisen sekunnin murto-osan ajan virtapiikin. Kun kaava käännetään toisin päin, metallista tulee lämpömittari: platina-anturi Pt100, 100 Ω 0 °C:ssa, mittaa laboratorioissa ja tehtaissa lämpötiloja resistanssinsa avulla.
Rajattu oppimismalli
Resistanssi noudattaa lineaarista mallia R = R₀·(1 + α·(T − T₀)), jossa α = 0,00393 /°C kuparille ja α = 0,0045 /°C volframille 20 °C:sta sekä α = 0,00385 /°C platinalle 0 °C:sta. Todellinen volframi kaartuu korkeissa lämpötiloissa ylöspäin, joten oikean hehkulangan kuuma resistanssi on hieman tätä mallia suurempi. Kelaa kuumennetaan tasaisesti 2 s ja pidetään 1 s; oikea lamppu kuumenee noin sekunnin kymmenyksessä. Mittarit ja lämpömittari ovat ihanteellisia, ja lamppu toimii 230 V:lla. 2 %:n tarkkuudella annetut vastaukset ovat oikein.