ID: 00025973
При нагревании спирали лампы накаливания протекающим по ней электрическим током основная часть подводимой энергии теряется в виде теплового излучения. На рисунке изображены графики зависимости мощности тепловых потерь лампы от температуры спирали $P=P( T )$ и силы тока от приложенного напряжения $I=I( U )$. Выберите два верных утверждения, которые можно сделать, анализируя эти графики.
1) С уменьшением приложенного напряжения температура спирали уменьшается пропорционально мощности.
2) При напряжении 100 В сопротивление спирали лампы равно 50 Ом.
3) Сопротивление спирали лампы постоянно и не зависит от температуры.
4) Температура спирали лампы при приложенном напряжении U = 120 В меньше 3600 К.
5) С увеличением силы протекающего тока температура спирали увеличивается.
Источник: ФИПИ
Левый график показывает мощность тепловых потерь спирали лампы в зависимости от температуры — кривая круто растёт от почти нуля при $2000$ К до примерно $210$ Вт при $3600$ К. Правый график — зависимость силы тока от приложенного напряжения, слегка изогнутая линия.
По правому графику при $U=100$ В сила тока $I=2{,}0$ А. Сопротивление спирали: $R=\dfrac{U}{I}=\dfrac{100}{2{,}0}=50$ Ом. Утверждение 2 верно.
Если бы сопротивление спирали было постоянным, график $I(U)$ был бы идеально прямой линией через начало координат. На самом деле спираль накаливания нагревается сильнее при большем токе, а сопротивление металла растёт с температурой — поэтому линия слегка изгибается, и сопротивление меняется. Утверждение 3 неверно.
При $U=120$ В сила тока (по графику, между значениями при 100 и 150 В) примерно $2{,}24$ А, значит подводимая мощность $P=UI\approx120\cdot2{,}24\approx269$ Вт. Это БОЛЬШЕ, чем $210$ Вт при $3600$ К (максимум, показанный на левом графике) — значит для такой мощности нужна температура ВЫШЕ $3600$ К, а не ниже. Утверждение 4 неверно.
Утверждение 1 про пропорциональность температуры мощности при уменьшении напряжения сформулировано некорректно — зависимость $P(T)$ на графике явно нелинейная (кривая, а не прямая), так что говорить о прямой пропорциональности температуры и мощности нельзя. Утверждение 1 неверно.
Чем больше сила тока через спираль, тем сильнее она нагревается электрическим током — а значит, тем выше и её температура. Это видно из общей логики обоих графиков: с ростом тока (напряжения) растёт мощность потерь, а значит и температура, при которой устанавливается тепловое равновесие. Утверждение 5 верно.