Дополнительное задание

При вычислении температуры нити Т по формуле (7) не учитываются изменения температурного коэффициента сопротивления, α с изменением температуры проводника и зависимости α от чистоты металла (вольфрама). Более точные значения температур могут быть определены из соотношения (4), если известны размеры L и D, при этом

(11)

Предлагается для двух значений и выбранных из таблицы или графика , вычислить по формуле (11) соответствующие температуры и , нанести эти значении на график и провести через эти точки новую прямую. Оценить величину расхождения графиков.

Методом косвенных измерений по формуле (11) определить ( принять равным 0,02).

P₁=0, 279Вт T₁=1368,02К

P₂= 0,557Вт T₂=1628,12К

ΔТ=0,05К

Красным цветом нарисована прямая по данным двум точкам.

Вывод: В результате проведенных нами исследований мы определили мощность электрической энергии, потребляемой лампой накаливания. Изучили зависимости температуры нити лампы от потребляемой мощности, а так же нашли геометрические размеры нити накаливания лампы L=0,0412+/-0,004м
D=3,62*10^(-5)+/-0,06*10^(-5)м

Контрольные вопросы

1. Дать определение закона Джоуля-Ленца. Почему можно его использовать в случае ЛН?

Лампа накаливания (ЛН) представляет собой вольфрамовую нить, заключенную в вакуумный стеклянный баллон, по которой течет электрический ток. При прохождении тока увеличивается температура нити, и нить излучает энергию, в основном, в инфракрасном и видимом диапазонах длин волн.

Так как сопротивление токопроводов значительно меньше сопротивления нити, то можно считать, что вся мощность тока преобразуется в тепловую на нити накала ЛН.

Энергия электрического тока преобразуется в тепловую энергию по закону Джоуля-Ленца. При мощности тока ,

где U – напряжение на лампе, I - сила тока в цепи питания ЛН;

мощность теплового потока будет: ,

где R – сопротивление нити ЛН.

Последнее выражение и есть закон Джоуля-Ленца.

2. Объяснить физическую картину превращения электрической мощности в тепловую. Почему повышается температура нити ЛН?

Электрический ток – это направленное движение электронов. При своём движении электроны взаимодействуют с узлами кристаллической решётки (атомами) и раскачивают их. Поэтому в соответствии с первым законом термодинамики нагревание нити приводит к увеличению энергии хаотического движения узлов кристаллической решетки, то есть к повышению температуры нити ЛН.

Температура ЛН могла бы возрасти до очень большой величины, если бы не существовало теплоотвода за счет контактной конвекции электропроводов и газовой среды и за счет лучеиспускания. Основным способом теплоотвода в ЛН является лучеиспускание. Согласно второму началу термодинамики осуществляется передача тепла от более нагретого тела (нити) к менее нагретому – стенкам ЛН. Этот процесс происходит до тех пор, пока не устанавливается динамическое равновесие между получаемой и излучаемой тепловой энергией.

3. Сделать вывод соотношения (7) из методического пособия.

Для определения температуры нити ЛН используется известная зависимость сопротивления металлического проводника от температуры:

, (1)

где t – температура проводника, в °С;

R₀ – сопротивление нити при t = 0°С;

– температурный коэффициент вольфрама;

– сопротивление нити накала.

Температура нити по шкале Кельвина – , К Þ .

Если ввести в (1) все указанные выше величины и соотношения, то получим формулу для определения температуры нити Т по шкале Кельвина:

Þ Þ Þ

Þ Þ Þ

Þ

.

4. Как влияет тепловая инерция ЛН на точность результатов эксперимента?

Тепловая инерция ЛН снижает точность результатов эксперимента. Это происходит потому, что изменение температуры ЛН происходит медленно (особенно при остывании) и снятие показаний приборов может произойти до того, как температура достигнет установившееся значение.

Кроме того, если снимать показания приборов, когда температура ЛН ещё медленно меняется, то показания различных приборов, снятые в разные моменты времени, будут соответствовать различным температурам нити.

Поиск по сайту: