加热时,白炽灯泡的钨丝温度达到 2300 °C。如果灯丝的直径为 20 µm,长度为 0.5 m,那么在 200 V 电压下流过的电流密度 I 和电流 j 分别是多少? 0℃时钨的电阻率为5.510^-8欧姆m,电阻温度系数为4.6*10^-3 K^-1。
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白炽灯泡的钨丝直径为20微米,长度为0.5m,在200V电压下,流过灯丝的电流强度I,我们必须求出该电流强度。为此,我们使用欧姆定律:U = R * I,其中 U 是螺纹上的电压,R 是螺纹的电阻,I 是电流强度。
螺纹的电阻可以使用公式求得:R = ρ * L / S,其中ρ是螺纹材料的电阻率,L是螺纹的长度,S是螺纹的横截面积。螺纹的横截面积可以使用以下公式求得:S = π * d^2 / 4,其中d是螺纹的直径。
因此,电流强度 I 等于:I = U / R = U * S / (ρ * L * π * d^2 / 4)。
代入已知值,我们得到:
S = π * (20*10^-6)^2 / 4 = 3.14 * 10^-13 m^2
R = ρ * L / S = 5.5 * 10^-8 * (1 + 4.6 * 10^-3 * (2300 - 0)) * 0.5 / 3.14 * 10^-13 = 3.5 Ом
I = U / R = 200 / 3.5 = 57.14 A
因此,流经灯丝的电流密度 j 为 114.29 A/m^2(因为 S = π * (20*10^-6)^2 / 4 = 3.14 * 10^-13 m^2)。
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白炽灯泡的钨丝在白炽时具有非常高的温度 - 2300 °C。为了计算流经灯丝的电流密度和电流,需要使用以下数据:灯丝直径 - 20 µm,灯丝长度 - 0.5 m,灯丝电压 - 200 V。 0 °C 时钨的电阻率为 5.510^-8欧姆m,电阻温度系数为4.6*10^-3 K^-1。
要计算电流密度,必须使用欧姆定律:
我=U/R,
其中 I 是电流,U 是灯丝电压,R 是灯丝电阻。
螺纹的电阻可以使用以下公式计算:
R = ρ * L / S,
其中ρ是灯丝材料的电阻率,L是灯丝的长度,S是灯丝的横截面积。
螺纹的横截面积可以使用圆面积公式求得:
S = π * d^2 / 4,
其中 d——螺纹直径。
因此,我们可以找到线程的电阻,并利用欧姆定律找到流过线程的电流。然后我们可以通过将电流除以灯丝的横截面积来找到电流密度。
让我们计算所有必要的参数:
S = π * d^2 / 4 = 3.14 * (20 * 10^-6)^2 / 4 = 3.14 * 4 * 10^-12 = 1.26 * 10^-11 m^2
R = ρ * L / S = 5.5 * 10^-8 * 0.5 / 1.26 * 10^-11 = 2.19 Ом
I = U / R = 200 / 2.19 = 91.32 A
j = I / S = 91.32 / 1.26 * 10^-11 = 7.25 * 10^12 A/m^2。
因此,电流密度为7.25 * 10^12 A/m^2,电流强度为91.32 A。
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