Cuando enseño la Ley de Ohm, hago que los estudiantes exploren una pequeña bombilla incandescente con una onda sinusoidal de baja frecuencia (1-2 Hz). Es un circuito en serie simple de fuente y bombilla, que controla la corriente y el voltaje. Los resultados son definitivamente no lineales debido a la resistencia del filamento dependiente de la temperatura. Sorprendentemente, sin embargo, la curvatura no es uniformemente positiva o negativa. Como se ve en la imagen, hay una "flexión hacia atrás" en la curva cerca del extremo del voltaje. Si uno interpreta esto "óhmicamente", podría decir que la resistencia se vuelve infinita, luego negativa, antes de volver a pasar por el infinito antes de volverse positiva nuevamente.
Entiendo la dependencia básica de la temperatura de un filamento de calentamiento que tiene una resistencia creciente (y, por lo tanto, una pendiente creciente), pero estoy desconcertado por la poción de curvatura hacia atrás de la curva. ¿Existe una explicación física (¿materia condensada? ¿termodinámica?) para esto?
Editar: para aclarar, los backbends ocurren en el camino hacia cuando el voltaje se acerca a las amplitudes + y -. La suave curvatura ocurre cuando el filamento se enfría a medida que el voltaje se aleja de las amplitudes hacia cero.
Edición 2: en el primer cuadrante, por ejemplo, la ruta es en sentido contrario a las agujas del reloj a medida que aumenta el tiempo. Lo mismo en el tercer cuadrante, por lo que las rutas de datos se cruzan en V=0. El trazo de luz en el tercer cuadrante es el trazo inicial cuando el filamento estaba inicialmente a temperatura ambiente y comenzó a calentarse.
Edición 3: a continuación se muestra una traza que utiliza una entrada de voltaje triangular de amplitud 2 V a una frecuencia de 0,01 Hz que se recopila a una velocidad de 20 Hz. Parece haber un cambio repentino en la resistividad de este filamento una vez que alcanza cierta temperatura.
La histéresis observada es el resultado de la 'inercia térmica' del filamento. Desaparece si el voltaje varía lo suficientemente lento como para que la entrada de energía eléctrica sea la misma que la pérdida de energía hacia el entorno. Para ver un experimento que hace esto y un modelo matemático del problema, consulte 'Registro de datos y modelado de curvas IV' en mis recursos para maestros https://sites.google.com/view/sgt-physics/home
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