¿Por qué el brillo de una bombilla depende de la potencia?

Si:

  1. La temperatura es una medida de la energía (cinética) promedio de las partículas que componen algún material
  2. La potencia es la medida de la energía transferida por segundo (J/s)
  3. La temperatura del filamento de una bombilla es proporcional a su brillo

Entonces:

¿Por qué una bombilla no se vuelve más brillante con el tiempo, independientemente de la potencia?

Por ejemplo, 100 julios entregados en 5 horas frente a 100 julios entregados en 10 horas, ¿siguen siendo 100 julios entregados al filamento, elevando su temperatura a la misma cantidad a pesar de que 100 J / hr es la cantidad más baja de energía?

¿Es porque la temperatura también se pierde en el entorno del filamento al mismo tiempo o algo así?

Diga, si el calor no pudiera salir del filamento por alguna razón, ¿terminaría con dos bombillas con el mismo brillo al final de las 10 horas?

Cualquier ayuda sería muy apreciada.

Respuestas (1)

El motor de su automóvil puede producir algo casi constante durante un largo período de tiempo. Si mantienes presionado el acelerador, ¿por qué el auto no sigue yendo cada vez más rápido? Porque la pérdida de energía del sistema aumenta a medida que aumenta la velocidad. A cierta velocidad, la potencia perdida por el arrastre es igual a la entrada de potencia del motor.

El mismo concepto se aplica a la bombilla. La energía eléctrica entregada al filamento lo calienta. Pero a medida que aumenta la temperatura, más radiación emite el filamento. A cierta temperatura, la potencia radiativa es igual a la potencia eléctrica y la temperatura deja de cambiar.

Digamos, si el calor no pudo salir del filamento por alguna razón

Recuerda que no es solo calor. Es cualquier forma de radiación. El propósito del filamento es emitir luz, por lo que sabes que se está yendo algo de energía. Cuanto más evitas que salga, más calor hace dentro, pero la potencia tiene que equilibrarse. Las bombillas también están hechas para operar a una temperatura particular. Si lo levantas demasiado, el filamento perderá fuerza y ​​fallará (y luego la entrada de energía se detendrá).

Llevado al extremo, vea el archivo xkcd what if....

¿Estás diciendo que la bombilla no será más brillante con una potencia más baja porque la energía se está irradiando al mismo tiempo?

Todos los cuerpos con temperatura irradian. Cuanto más caliente está el cuerpo, más radiación por área se irradia. Si la salida de energía total es igual a la entrada de energía total, entonces se mantendrá la temperatura.

Por ejemplo, si enciende una bombilla a 100 J/h durante una hora y luego a 50 J/h durante dos horas, al final de las dos horas, la segunda bombilla no brillará tanto como la primera después de una hora, porque más energía en general se habría irradiado?

El filamento de una bombilla tiene muy poca masa. Esto le permite alcanzar el equilibrio térmico con su entorno en un período de tiempo muy corto (piense en un segundo más o menos). En otras palabras, es efectivamente cierto que el 100% de la potencia entregada al filamento durante unos segundos se irradia. Si controla el circuito para entregar menos potencia, la bombilla se enfriará.

Si bien la parte de la bombilla de la respuesta es buena, la analogía del automóvil es inexacta. La razón por la que las ruedas del automóvil no van más rápido a potencia constante es que la velocidad de las ruedas del automóvil depende de las rpm del motor. Para una potencia constante dada y la misma marcha, la rueda de un automóvil solo puede girar a rpm constantes, independientemente de la resistencia. Si aumenta la resistencia, la potencia del motor y las rpm en sí disminuyen, en lugar de que la potencia del motor permanezca igual y se pierda parte de la potencia del motor debido a la resistencia.
No estoy de acuerdo, pero creo que es un punto menor para esta respuesta. "mismo equipo" no es una restricción útil aquí. Si dice que la potencia disminuye, entonces esa no puede ser la razón por la que las ruedas no van más rápido a potencia constante. Supongamos una potencia constante (lo cual es aproximadamente cierto dada una transmisión de rango suficiente).
" Creo que es un punto menor para esta respuesta " Lo sé. Por eso dije que la mayor parte de su respuesta, es decir, la explicación sobre la bombilla, es perfecta. " Mismo engranaje" no es una restricción útil aquí. " Mismo engranaje ES una restricción necesaria aquí. Cuando insertas una bombilla en un portalámparas, no hay nada parecido a los engranajes. Entonces, para mantener las cosas similares en el ejemplo del automóvil, TIENE que asumir una marcha constante en todo momento, de lo contrario, la comparación no se sostiene.
La mayoría de las personas con autos ICE tienen transmisiones que funcionan y esperan una respuesta particular del auto cuando se pisa el pedal. (Y sugiero que la respuesta no está muy lejos de la "potencia constante"). No veo por qué debería suponer que se usa un solo engranaje.
" No veo por qué debería suponer que se usa una sola marcha " No debe asumir una sola marcha si quiere que sea fiel a los autos de la vida real. Ese es el punto. Esa es exactamente la razón por la cual la analogía del automóvil no funciona para las bombillas. En los automóviles, se utilizan múltiples marchas. Para que el automóvil sea una analogía de las bombillas, tendría que tener un solo engranaje, lo que no ocurre con los automóviles de la vida real. Por lo tanto, no es una buena analogía
" Esperan una respuesta particular del automóvil cuando se pisa el pedal. (Y sugiero que la respuesta no está muy lejos de la "potencia constante") "Esto no es cierto. La respuesta si pisas el pedal contra el suelo no se acerca a la potencia constante. Ni siquiera está aproximadamente cerca de la potencia constante.
Gracias por su respuesta. ¿Estás diciendo que la bombilla no será más brillante a una potencia más baja porque la energía se irradia al mismo tiempo? Por ejemplo, si enciende una bombilla a 100 J/h durante una hora y luego a 50 J/h durante dos horas, al final de las dos horas, la segunda bombilla no brillará tanto como la primera después de una hora, porque más energía en general se habría irradiado? Además, ese artículo de xkcd fue una lectura divertida :D gracias
¿Por qué el brillo de una bombilla depende de la potencia?
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