npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Physics: Sae Mulli 2012; 62: 352-363

Published online April 30, 2012 https://doi.org/10.3938/NPSM.62.352

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

A Study on the Problems of a Light Bulb Appearing in Physics Education (I) : Resistance of a Light Bulb

물리교육에서 나타나는 전구에 대한 문제들에 대한 연구 (Ⅰ) : 전구의 저항

Dong Geul HYUN*1, Sang Woo PARK2

1Department of Science Education, Teachers College, Jeju National University, Jeju 690-781

2Department of Science Education, Cheongju National University of Education, Cheongju 361-712

Correspondence to:hyundg@jejunu.ac.kr

Abstract

The mistake of obtaining the resistance of a light bulb by using Ohm's law has been made in physics education even though the light bulb is a nonlinear electric device. The resistance of a light bulb obtained using Ohm's law is much smaller than those of a tungsten filament calculated using the temperature dependence of the resistance. Thus, the purpose of this study is to propose a method to obtain an appropriate resistance for a light bulb. Using the graphical method proposed in this study, the results obtained are as follows: A 6 V $-$ 0.1 A bulb having a room-temperature resistance of R 0 = 7.9 Ω has R = 43.1 , 5.5 times R 0, at an applied voltage Va = 1.4 V and then increases slowly as the temperature increases. Also, a light bulb at a rated voltage Vr = 6.0 V has R = 118.5 Ω, 15 times R 0. According to the calculation with the nonlinear T $^{1.2}$ temperature dependence, the above results correspond closely with the resistances of a tungsten filament heated at temperatures ranging from 1204 K to 2796 K.

Keywords: Physics education, Resistance of a light bulb, Nonlinear device, Tungsten filament, Temperature dependence, Graphical method

전구가 비선형 소자임에도 불구하고, 물리교육에서는 옴의 법칙을 사용하여 전구의 저항을 구하는 오류를 범하고 있다. 옴의 법칙을 사용하여 구한 전구의 저항은 저항의 온도 의존 관계식들을 사용하여 계산된 텅스텐 필라멘트의 저항들에 비해 훨씬 작은 값이다. 이러한 문제에 관련하여 이 연구의 목적은 타당한 전구의 저항을 얻을 수 있는 방법을 제안하는 것이다. 이 연구에서 제안된 도해법을 사용하여, 실온저항 R0 = 7.9 Ω인 규격 6 V - 0.1 A 전구의 저항은 인가전압 Va = 1.4 V일 때 실온저항 R 0의 5.5배인 R = 43.1Ω 에서 인가전압이 커짐에 따라 완만하게 증가하며, 정격전압 Vr = 6 V일 때 전구의 저항 R = 118.5 Ω으로 실온저항 R0의 15배가 됨을 보였다. T 1.2 형태인 저항의 비선형 온도 의존 관계식에 의하면, 이러한 전구의 저항들은 가열된 전구의 텅스텐 필라멘트가 1204 K에서 2796 K의 온도 범위에서 가지는 저항들과 일치한다.

Keywords: 물리교육, 전구의 저항, 비선형 소자, 텅스텐 필라멘트, 온도 의존, 도해법