|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Физические основы работы ЛНИзучение зависимости температуры лампы накаливания от потребляемой мощности
Выполнил: студент группы 14-АСБ Кузьмин П.С. Учебный шифр: 14-АСБ-206.
Санкт-Петербург
Цель работы: 1. Определение мощности электрической энергии, потребляемой лампой накаливания (ЛН) и изучение зависимости температуры нити ЛН от потребляемой мощности; 2. Определение геометрических размеров нити накаливания лампы.
Физические основы работы ЛН 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. При этом в лампе происходят процессы, соответствующие физическим законам: 1. Энергия электрического тока преобразуется в тепловую энергию по закону Джоуля-Ленца. При мощности тока
(1)
где - напряжение на лампе, I - сила тока в цепи питания ЛН; мощность теплового потока будет:
(2)
где R - сопротивление нити ЛН. Так как сопротивление токопроводов значительно меньше сопротивления нити, то можно считать, что вся мощность тока преобразуется в тепловую на нити накала ЛН. 3. В соответствии с первым законом термодинамики нагревание нити приводит к увеличению энергии хаотического движения узлов кристаллической решетки, т. е. повышению температуры Т нити ЛН. 4. 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. Энергетической характеристикой теплового излучения нити ЛН служит Rэ интегральная излучательная способность нити Rэ. Rэ есть
величина потока энергии, испускаемого единицей поверхности излучающего тела в единицу времени по всем направлениям и во всем диапазоне частот излучения, измеряется в или в Согласно закону Стефана-Больцмана, интегральная излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры Т.
(3) где - постоянная Стефана-Больцмана.
Вольфрамовая нить не является абсолютно черным телом, поэтому излучение нити будет меньше, и это учитывается опытным коэффициентом к (к = 0,3), так что
Мощность теплового излучения ЛН будет:
(4) где - площадь поверхности нити ЛН; D - диаметр нити; L - длина нити. Как показано ранее, мощность излучения с достаточной для практики точностью равна мощности потребляемой электроэнергии, которая прямо пропорциональна абсолютной температуре лампы в четвертой степени Р ~ Т4 или (5)
Это соотношение и следует экспериментально доказать в настоящей работе. 5.. Для определения температуры нити ЛН используется известная зависимость сопротивления металлического проводника от температуры:
(6) где t - температура проводника, в °С; R0 — сопротивление нити при t = 0°С (дается на рабочем месте); = 4,8 -10, k-1 - температурный коэффициент вольфрама; - сопротивление нити накала. Температура нити по шкале Кельвина - Т = t + 273, К. Если ввести в (6) все указанные выше величины и соотношения, то получим формулу для определения температуры нити Т по шкале Кельвина:
(7) Геометрические параметры диаметр D и длину L нити накаливания можно определить, используя следующие соотношения: Сопротивление металлической нити:
(8)
где - площадь поперечного сечения нити накала; Ом·м - удельное сопротивление вольфрама при 0°С. Из (8)
(9)
Из формулы мощности теплового потока (4) следует
(10)
Совместное решение (9) и (10) дает значения D и L Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.) |