1

29.XI.2010

ĆWICZENIE NR 32

WYZNACZENIE STAŁEJ STEFANA - BOLTZMANNA

I.

Zestaw przyrządów:

1.

Zasilacz

2

Woltomierz

3.

Amperomierz

4.

Miernik temperatury

5.

Zestaw z ciałami: poczernionym i niepoczernionym

6.

Termos

7.

Termopara

8.

Przewody elektryczne

II.

Przygotowanie zestawu pomiarowego do pracy:

1.

Sprawdzić zgodność zestawu pomiarowego z powyższą listą. Zanotować klasy
mierników.

2.

Połączyć układ pomiarowy.

3.

Napełnić termos mieszaniną wody z drobnymi kawałkami lodu. Umieścić końcówkę
termopary wewnątrz termosu. Odczekać parę minut (2-3 min.) w celu ustabilizowania
się temperatury wewnątrz termosu.

4.

Odczytać i zanotować temperaturę pokojową T

0

.

III.

Przebieg pomiarów:

1.

Włączyć ogrzewanie ciała poczernionego i odczekać do momentu ustalenia się jego

temperatury.

2.

Odczytać i zanotować wartości napięcia i natężenia prądu zasilającego oraz

odpowiadającą im temperaturę równowagi T

c

. Obliczyć moc zasilania P i jej

niepewność

3.

Nie zmieniając wartości mocy zasilania, powtórzyć czynności z punktu 1 i 2 dla ciała

niepoczernionego. Zanotować temperaturę równowagi T

n

.

4.

Wyznaczyć temperatury równowagi ( T

c

i T

n

) dla każdego z ciał przy innych

wartościach mocy P. Proponowana moc zasilania to 5-15 [W].

5.

W czasie pomiarów metodą stałej temperatury należy wyregulować moc zasilania

drugiego ciała tak, aby temperatura równowagi nie uległa zmianie. Moc zasilania
dobiera się metodą kolejnych prób i jest to dość czasochłonne. Dla ułatwienia, można
wykonać pomiary dla dwóch różnych mocy zasilania, odpowiadających temperaturom
ciała drugiego bliskim temperaturze równowagi ciała pierwszego i dokonując
ekstrapolacji, wyznaczyć temperaturę równowagi dla ciała drugiego.

UWAGA: Nie dotykać ciała poczernionego, gdyż można uszkodzić delikatną
warstwę sadzy, którą zostało pokryte. W czasie pomiarów zachować ostrożność aby
nie poparzyć się rozgrzanymi ciałami.

IV.

Opracowanie wyników:

1.

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów wyznaczyć wartość stałej Stefana–
Boltzmanna



.

Powierzchnia każdego z badanych ciał wynosi:

S

3

10

74

.

2







[m

2

],

S

S



=2 %

2.

Dla pojedynczej wartości



otrzymanej na podstawie każdej z metod pomiarowych

obliczyć jej niepewność bezwzględną





i względną







. Przeanalizować wyniki

obliczeń.

2

3.

Wyniki obliczeń porównać i na ich podstawie ocenić dokładność metod pomiarowych.

4.

Wielkości wartości średnich porównać z wartością stałej Stefana - Boltzmanna odczytaną z
tablic.

V.

Schemat układu pomiarowego

Poniżej przedstawiono jedynie rzut podstawki z badanymi ciałami, przełącznikiem i gniazdami
elektrycznymi.

wyjście do układu

termopara-miernik termopary

ciało

ciało

niepoczernione

poczernione

przełącznik wyboru

ciała ogrzewanego

(wspólny dla zasilania i termopary)

Schemat układu do pomiaru stałej Stefana-Boltzmanna

Szczegółowy schemat układu pomiarowego zamieszczono również w skrypcie „ Ćwiczenia
laboratoryjne z fizyki- część II” w punkcie 32.3.

VI.

Proponowana tabela wyników

I



I

U



U

P



P

T

O

T

C

T

n







[A]

[A]

[V]

[V]

[W]

[W]

[K]

[K]

[K]











4

2

K

m

W











4

2

K

m

W

Ciało

niepoczernione

A

V

Zasilacz

Woltomierz

cyfrowy

Przełącz

nik

Izolator

Grzałka

Ciało czarne

Termopara

Mieszania wody z lodem