Jak grać w Gorący żarnik
- Wybierz test i przeczytaj na karcie metal, jego opór i temperatury.
- Użyj R = R₀·(1 + α·(T − T₀)) albo rozwiąż je względem T; dla żarówki porównaj prądy V ÷ R.
- Wpisz swoją prognozę i naciśnij Start. Cewka się nagrzewa, mierniki nadążają, a żarnik świeci.
- Porównaj mierniki i wykres ze swoją pomarańczową prognozą.
Opór rośnie z temperaturą
W metalu prąd niosą elektrony dryfujące między drgającymi atomami sieci. Podgrzej metal, a atomy drgają mocniej, elektrony częściej się zderzają i opór rośnie. W umiarkowanym zakresie wzrost jest prawie liniowy: R = R₀·(1 + α·(T − T₀)), gdzie α mówi, o jaką część R rośnie na każdy stopień. Dla miedzi α to około 0,4 % na stopień, więc cewka cieplejsza o 50 °C ma około 20 % większy opór. Żarnik żarówki pracuje w około 2500 °C, więc ma mniej więcej dwanaście razy większy opór niż na zimno; włączony na zimno, w pierwszym ułamku sekundy pobiera udar prądu. Odwróć wzór, a metal staje się termometrem: czujnik platynowy Pt100, 100 Ω w 0 °C, służy w laboratoriach i fabrykach do odczytu temperatury z oporu.
Model skupiony na nauce
Opór podlega modelowi liniowemu R = R₀·(1 + α·(T − T₀)) z α = 0,00393 /°C dla miedzi i α = 0,0045 /°C dla wolframu od 20 °C oraz α = 0,00385 /°C dla platyny od 0 °C. Prawdziwy wolfram w wysokich temperaturach zakrzywia się w górę, więc opór na gorąco prawdziwego żarnika jest nieco większy niż w tym modelu. Cewka nagrzewa się równomiernie przez 2 s i pozostaje tak przez 1 s; prawdziwa żarówka nagrzewa się w około jedną dziesiątą sekundy. Mierniki i termometr są idealne, a żarówka działa przy 230 V. Odpowiedzi w granicach 2 % są poprawne.