PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA INSTYTUT POLITECHNICZNY |
||||
2003/2004 |
LABORATORIUM Z FIZYKI |
|||
Ćwiczenie nr 4 |
BADANIE PRAWA STEFANA - BOLTZMANA |
|||
Budowa i Eksploatacja Maszyn ST. Zaoczne Semestr II |
Dyksik Arnold Stefaniak Łukasz Kania Mateusz |
|||
Data wykonania |
|
Data |
Ocena |
Podpis |
|
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
1. Problemy do rozwiązania:
1.Pomiar oporu rozżarzonego włókna żarówki w temperaturze pokojowej i określenie oporu Ro włókna w temperaturze zero stopni.
2.Pomiar strumienia energii emitowanego przez żarówkę dla różnych napięć zasilających. Wyznaczenie dla każdego napięcia ogrzewającego odpowiedniego natężenia prądu i obliczenie oporu włókna. Określenie zależności oporu włókna od temperatury.
2. Podstawy teoretyczne:
Prawo Stefana-Boltzmanna - prawo fizyczne określające zależność całkowitej zdolności emisyjnej ε ciała doskonale czarnego od jego temperatury bezwzględnej T: ε = σT4, gdzie σ = 5,675 × 10-8(W/m2)K4 (tzw. Stefana-Boltzmanna stała). Stefana-Boltzmanna prawo otrzymuje się przez scałkowanie prawa promieniowania Plancka (promieniowanie cieplne).
L(T)=
k= 1,381*10-23 J/K - stała Stefana- Boltzmana
c= 3,00*108 m/s - prędkość światła
h= 6,62*10-34 Js - stała Plancka
Wzór można zapisać również w postaci:
L(T)=σT4
3.Opracowanie pomiarów
Doświadczenie rozpoczynamy od zestawienia schematu pomiarowego zgodnie z rysunkiem w celu wyznaczenia oporu włókna żarówki w temperaturze pokojowej.
Z pomiaru natężenia prądu i napięcia obliczamy opór włókna żarówki korzystając z prawa Ohma. Następnie obliczamy opór Ro dla t = 24 oC korzystając ze wzoru:
Ro=
tR=24oC
α=4,82*10-3 K-1
β=6,76*10-7 K-2
R(tR) - opór włókna żarówki w temperaturze pokojowej
I [mA] |
U [mV] |
Rtr [Ω] |
Ro [Ω] |
20 |
7,1 |
0,35500 |
0,31808058 |
40 |
14,3 |
0,35750 |
0,32032059 |
60 |
21,3 |
0,35500 |
0,31808058 |
80 |
28 |
0,35000 |
0,31360058 |
100 |
34,9 |
0,34900 |
0,31270458 |
120 |
41,6 |
0,34667 |
0,3106139 |
140 |
48,7 |
0,34786 |
0,31168057 |
160 |
54,5 |
0,34063 |
0,30520056 |
Następnie zestawiamy układ gdzie opornik 100 Ω nie jest już częścią obwodu pomiarowego. Włókno jest teraz zasilane przez źródło napięcia przemiennego poprzez amperomierz umożliwiający pomiar prądu przemiennego do wartości 6 A. Woltomierz podłączony jest równolegle do włókna żarówki, a napięcie przemienne jest zwiększane z krokiem 1 V do wartości maksymalnej 8 V.
Korzystając z prawa Ohma obliczamy opór R(t)
U [V] |
I [A] |
Utherm [V] |
R(t) [Ω] |
1 |
2 |
0,19 |
0,51 |
2 |
2,73 |
1,01 |
0,73992674 |
3 |
3,34 |
2,42 |
0,90419162 |
4 |
3,86 |
4,13 |
1,04145078 |
5 |
4,36 |
6,25 |
1,15137615 |
6 |
4,83 |
8,75 |
1,24637681 |
7 |
5,24 |
11,4 |
1,33969466 |
8 |
5,65 |
13,9 |
1,41946903 |
Z otrzymanych pomiarów obliczam temperaturę bezwzględną korzystając ze wzoru:
Po podstawieniu R(t) i Ro otrzymujemy:
R(t) [Ω] |
Ro [Ω] |
T [K] |
0,51 |
0,31808058 |
396,05617 |
0,73992674 |
0,32032059 |
535,13789 |
0,90419162 |
0,31808058 |
636,73686 |
1,04145078 |
0,31360058 |
725,77272 |
1,15137615 |
0,31270458 |
791,69669 |
1,24637681 |
0,3106139 |
851,14696 |
1,33969466 |
0,31168057 |
901,83430 |
1,41946903 |
0,30520056 |
963,57269 |
100 Ω
0…20 V DC