Sprawdzanie prawa Stefana-Boltzmana.

Ćwiczenie: 89
Temat: Sprawdzanie prawa Stefana-Boltzmanna.
Literatura:
1. B. Jaworski, A. Dietłaf, Kurs fizyki t. 3: Procesy falowe, Optyka, Fizyka atomowa i
jądrowa, PWN Warszawa 1984.
2. B.M. Jaworski, A.A. Piński, Elementy fizyki t.2 PWN, Warszawa 1976.
3. PHYWE series of publication, laboratory experiments, Physics, Katalog firmy Phywe
SYSTEME GMBHA Co.
Zagadnienia kolokwialne:
1. Charakterystyka promieniowania termicznego. Emisja energetyczna. Zdolność
emisyjna. Zdolność absorpcyjna ciała.
2. Promieniowanie ciała doskonale czarnego. Prawo Stefana-Boltzmanna. Prawo Wiena.
Hipoteza Plancka kwantów energii.
3. Zależność oporu elektrycznego od temperatury.
4. Zjawisko Seebecka. Termoogniwa.
5. Metoda eksperymentalnego sprawdzenia prawa Stefana –Boltzmanna.
Zadania doświadczalne:
1. Zmierzyć rezystancję włókna żarówki w temperaturze pokojowej. W tym celu
połączyć żarówkę wraz z opornikiem zabezpieczającym 100 Ω do źródła napięcia
zmiennego według schematu:
Uwaga: Natężenie prądu powinno być małe rzędu 50mA-100mA, aby włókno żarówki
nie ogrzało się w znaczący sposób.
2. Wyznaczyć rezystancję Rtp włókna żarówki w temperaturze pokojowej tp ze wzoru:
,
gdzie
U- napięcie na zaciskach żarówki,
I- natężenie prądu płynącego przez żarówkę.
(1)
Wyznaczyć rezystancję Rtp włókna żarówki w temperaturze 00C ze wzoru:
,
(2)
gdzie stałe materiałowe α i β dla wolframu wynoszą:
α=4,82*10-3 K-1, β= 6,67*10-7 K-2.
3. Z układu przedstawionego w punkcie 1 usunąć opór zabezpieczający 100 Ω. Na linii
żarówki ustawić ogniwo termoelektryczne w taki sposób, by padało na nie
promieniowanie włókna żarówki. Odległość osłony ogniwa termoelektrycznego od
żarówki powinna wynosić około 5 cm. Wyjście termopary połączyć z czułym
miliwoltomierzem np. multimetrem V640. Ustawić natężenie prądu płynącego przez
żarówkę na I1=2A i zmierzyć odpowiadające mu napięcie U1 na włóknie żarówki oraz
napięcie na termoparze Uterm. Obliczyć opór R1 rozgrzanego włókna:
(3)
oraz temperaturę T1 włókna w skali Kelwina ze wzoru:
(4)
przy czym R0 jest rezystancją włókna w temperaturze 00C (wzór 2).
Pomiary i obliczenia powtórzyć dla większych natężeń zwiększając natężenie prądu
co 0,5 A. Jednakże nie wolno przekroczyć Imax= 5,5 A.
Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli:
Lp
1
2
….
….
….
….
I [A]
U [V]
R [Ω]
T [K]
Uterm [mV]
4. Sporządzić wykres zależności: ln(Uterm) od ln(T). Określić współczynnik kierunkowy
prostej. Przedyskutować uzyskane wyniki.