白熾燈電阻的秘密

大姚

中學物理課程上講到白熾燈時曾提到，通常在白熾燈剛通電時容易燒斷燈絲，這是因為白熾燈燈絲的電阻受溫度影響發生變化，溫度低時電阻小，溫度高時電阻大，而剛通電時的燈絲電阻小，電流就大，所以容易燒斷。如何知道白熾燈燈絲的電阻會隨溫度變化？有沒有一種比較直觀的方法呢？本期介紹一個簡單的小實驗。

準備材料

白熾燈、導線、LED、7號電池2節、電池盒、蠟燭、冰塊。

制作步驟

1 實驗需要使用白熾燈的燈絲。取一只白熾燈，砸碎其玻璃外殼。為保證安全，可以先用塑料袋套住白熾燈，以免砸碎的玻璃外殼碎片四散。另外注意，敲的時候不要用力過猛，否則容易將燈泡的燈絲震斷。

2 用膠布纏繞在剩余的玻璃外殼上，以免扎到手。將電池盒上的紅色導線焊接到白熾燈燈頭的正極上，黑色導線焊接到LED的負極上（短引腳）。同時將一根紅色導線焊接到LED的正極上（長引腳）。

3 將連接在LED上的紅色導線用膠布固定在白熾燈的螺旋外殼上（白熾燈的負極），接通電路，LED正常發光。點燃蠟燭，將白熾燈的燈絲放在火焰上加熱，可以發現LED的亮度減弱了，即燈絲在加熱的情況下，電阻增大了。

4 再將白熾燈燈絲浸入準備好的冰水中，注意僅燈絲部分浸入冰水中，這時會發現LED的亮度明顯變強，即降低白熾燈燈絲的溫度，可以減小其電阻。

電流，其實就是電子的定向移動，金屬導體的電阻則是導體中的分子或原子與電子發生碰撞的概率。為什么溫度升高后金屬導體電阻會增大呢？分子熱運動就很好地解釋了這個原因，因為溫度升高以后，加劇了金屬導體內部自由電子的熱運動，也就增加了自由電子與原子分子的碰撞機會。溫度越高，意味著金屬導體內部分子的能量越大，做雜亂運動的分子數量及其速度也越大。這些雜亂運動的分子，妨礙了外加電場時內部電子的定向移動（電流），自然也就呈現出較高的電阻。

白熾燈中的燈絲是用鎢絲制造的，鎢絲正常發光時的電阻要比常溫下的電阻大很多，鎢絲的溫度每升高1℃，電阻約增大千分之五。而燈絲發光時的溫度大約是2000℃，此時鎢絲的電阻值約是剛開啟時的10倍，也就是說白熾燈燈絲發光時的電阻比不發光時大得多，所以剛接通電路時燈絲電阻小而電流很大，在這個瞬間電路中的用電設備就很容易被損壞。