Эта задача — про электрическое сопротивление, пусковой ток, просадку напряжения и почему “лампочки мигают” — это не призраки, а физика сети.
Пусковой ток, просадка напряжения, сопротивление проводов и почему “всё нормально, но лампочки моргают”
📜 Условие:
Вы включаете электрический чайник мощностью 2000 Вт — и в этот момент лампочки в комнате на долю секунды тускнеют или мигают.
Вы думаете:
«Почему? Ведь чайник — не короткое замыкание!»
Вопросы:
- Почему лампочки мигают именно при включении, а не во время работы?
- Какую роль играет “пусковой ток” — и почему он больше рабочего?
- Что такое “просадка напряжения” — и как сопротивление проводов влияет на яркость ламп?
- Как рассчитать, насколько “проседает” напряжение при включении чайника?
- Бонус: Почему светодиодные лампы мигают заметнее, чем лампы накаливания?
(Данные:
— Напряжение в сети: U₀ = 220 В
— Мощность чайника: P_ч = 2000 Вт
— Мощность лампочки: P_л = 60 Вт
— Сопротивление проводов от щитка до розетки: R_пр = 0.5 Ом
— Внутреннее сопротивление чайника при включении: R_пуск ≈ 20 Ом (холодная спираль)
— В рабочем режиме: R_раб = U²/P = 220²/2000 = 24.2 Ом)
🔍 Подробное решение
⚡ Часть 1: Почему мигают именно при включении?
Потому что в момент включения — спираль чайника холодная → её сопротивление ниже, чем в рабочем режиме → ток включения (пусковой ток) выше рабочего.
👉 Этот кратковременный скачок тока вызывает просадку напряжения в проводах → лампочки на мгновение теряют яркость.
✅ Ответ 1:
При включении — сопротивление спирали ниже → пусковой ток выше → просадка напряжения → лампочки тускнеют на мгновение.
📈 Часть 2: Роль пускового тока — почему он больше?
У металлов (нихром, вольфрам) — сопротивление растёт с температурой.
- При включении — спираль холодная → R_пуск = 20 Ом,
- В рабочем режиме — нагрета до 1000°C → R_раб = 24.2 Ом.
Ток при включении:
I_пуск = U / R_пуск = 220 / 20 = 11 А
Ток в рабочем режиме:
I_раб = U / R_раб = 220 / 24.2 ≈ 9.1 А
👉 Пусковой ток — на 20% выше рабочего.
✅ Ответ 2:
Потому что холодная спираль имеет меньшее сопротивление → ток при включении выше, чем в рабочем режиме.
📉 Часть 3: Что такое “просадка напряжения”?
Когда по проводам течёт ток — на их сопротивлении возникает падение напряжения:
ΔU = I · R_пр
Напряжение на нагрузке (лампочке, чайнике) становится:
U_нагр = U₀ – ΔU
Чем больше ток — тем сильнее просадка → лампочки тускнеют.
✅ Ответ 3:
Просадка напряжения — падение U на сопротивлении проводов: ΔU = I·R_пр.
При включении чайника — ток ↑ → ΔU ↑ → U_лампы ↓ → яркость ↓.
🧮 Часть 4: Расчёт просадки напряжения
➤ При включении чайника:
I_пуск = 11 А
R_пр = 0.5 Ом
ΔU = 11 · 0.5 = 5.5 В
Напряжение на лампочке:
U_л = 220 – 5.5 = 214.5 В
Яркость лампы накаливания ∝ U³.5 (примерно) → снижение яркости:
(214.5 / 220)³.⁵ ≈ (0.975)³.⁵ ≈ 0.89 → яркость падает на ~11% — заметно глазу.
➤ В рабочем режиме:
I_раб = 9.1 А
ΔU = 9.1 · 0.5 = 4.55 В
U_л = 220 – 4.55 = 215.45 В → яркость снижена, но не так резко.
✅ Ответ 4:
При включении:
— Ток 11 А → ΔU = 5.5 В → U_лампы = 214.5 В → яркость ↓ на ~11%.
В рабочем режиме:
— Ток 9.1 А → ΔU = 4.55 В → яркость ↓ меньше.
💡 Часть 5: Бонус — почему светодиодные лампы мигают заметнее?
Потому что:
- Лампы накаливания — инерционны: спираль остывает/нагревается медленно → плавное изменение яркости,
- Светодиодные лампы — управляются драйвером (электронной схемой) → при просадке напряжения — схема может “сбоить” → лампа кратковременно гаснет или мигает → эффект заметнее.
✅ Ответ 5:
Светодиодные лампы имеют электронный драйвер — при просадке напряжения он может кратковременно отключиться → лампа мигает резко.
Лампа накаливания — инерционна → тускнеет плавно → менее заметно.
📊 Сводная таблица:
1. Почему мигают при включении?
Пусковой ток > рабочего → просадка напряжения → лампы тускнеют.
2. Роль пускового тока?
Холодная спираль → R ↓ → I ↑ → просадка ↑.
3. Что такое просадка напряжения?
ΔU = I·R_пр → U_нагрузки ↓ → яркость ламп ↓.
4. Расчёт просадки?
При I=11 А, R_пр=0.5 Ом → ΔU=5.5 В → U_лампы=214.5 В → яркость ↓ на ~11%.
5. Почему LED мигают сильнее?
Электронный драйвер может “сбоять” при просадке → резкое мигание. Лампа накаливания — плавное тускнение.
😄 Как объяснить это другу в квартире?
«Представь, что электричество — это вода в трубах.
Чайник — как мощный насос, который резко включается.
В момент включения — он “высасывает” воду из трубы — давление в кране (лампочке) падает — лампочка “задыхается”.
Потом — всё стабилизируется.
А светодиодная лампа — как капризный кран: чуть давление упало — он “чихнул” и мигнул.
Физика говорит: “Хочешь без мигания — ставь стабилизатор.
Хочешь спокойствия — не включай чайник ночью 😉”»
🎓 Почему это важно?
Эта задача — прекрасный пример:
- реального поведения электрических цепей,
- влияния сопротивления проводов,
- роли пусковых токов,
- и того, почему “кажется, что всё нормально” — но лампочки “чувствуют” каждый ватт.
А пока — включите чайник.
Посмотрите на лампочки.
Посчитайте просадку.
И улыбнитесь — вы только что увидели физику сети в действии. 💡🔌