Номер 221, страница 69 - гдз по физике 11 класс сборник задач Дорофейчик, Силенков

221. Почему незаметны мерцания лампочек накаливания, включенных в осветительную сеть переменного тока?

Решение

Мерцание лампочек накаливания, работающих от сети переменного тока, незаметно для человеческого глаза из-за совокупности двух основных факторов: тепловой инерции нити накаливания и инертности зрительного восприятия.

Во-первых, переменный ток в бытовой осветительной сети имеет стандартную частоту $f = 50$ Гц. Это означает, что ток периодически изменяется и дважды за один период (то есть 100 раз в секунду) проходит через нулевое значение. Тепловая мощность, выделяемая на нити накала, пропорциональна квадрату силы тока ($P = I^2R$). Следовательно, мощность также пульсирует, но с удвоенной частотой $2f = 100$ Гц. Однако нить накаливания, обычно изготавливаемая из вольфрама, обладает значительной тепловой инерцией. Это означает, что благодаря своей массе и теплоемкости она не успевает заметно остыть и потускнеть за те краткие мгновения, когда ток близок к нулю. Температура нити лишь незначительно колеблется вокруг высокого среднего значения, поэтому и интенсивность излучаемого света меняется несильно.

Во-вторых, человеческий глаз обладает свойством, называемым персистенцией (инертностью) зрения. Зрительная система не способна различать отдельные световые импульсы, если они следуют с частотой выше определенного порога (критической частоты слияния мерцаний). Для большинства людей этот порог находится в диапазоне 50–60 Гц. Поскольку колебания яркости лампы накаливания происходят с частотой 100 Гц, что существенно выше этого порога, наш мозг интегрирует эти быстрые изменения в одно непрерывное ощущение ровного света.

Таким образом, из-за тепловой инерции нити колебания светового потока сглаживаются, а оставшиеся быстрые пульсации не воспринимаются глазом.

Ответ: Мерцание лампочек накаливания незаметно из-за большой тепловой инерции их нити накала и инертности человеческого зрения. Нить накала не успевает остыть за те короткие промежутки времени, когда ток в сети равен нулю, а человеческий глаз не в состоянии заметить колебания яркости с высокой частотой (100 Гц).