Экспериментальная часть

Идея эксперимента

В данной работе предлагается исследовать зависимость мощности излучения нити лампы накаливания от температуры и проверить, подчиняется ли излучение нагретой металлической нити закону Стефана-Больцмана.

Т.к. почти вся электрическая энергия, подводимая к нити лампы, преобразуется в энергию электромагнитного излучения, то мощность W излучения можно принять равной потребляемой электрической мощности P:

(20)

Следовательно, для определения мощности излучения нити лампы необходимо измерить напряжение U на лампе и потребляемую силу тока I.

При изменении напряжения на лампе изменяется и сила тока. Увеличение силы тока приводит к повышению температуры нити лампы и, следовательно, к увеличению мощности излучения. Температуру нити лампы, соответствующую каждому значению силы тока, можно определить, воспользовавшись известной зависимостью сопротивления R_t проводника от температуры t:

(21)

где R₀ - сопротивление нити лампы при температуре 0С; R_t – сопротивление нити лампы при температуре tС;  - температурный коэффициент электрического сопротивления проводника.

Нить лампы сделана из вольфрама. Температурный коэффициент электрического сопротивления вольфрама в интервале значений температуры от 0 до 30С равен 510^-3 K^-1. При температуре же видимого свечения нити температурный коэффициент электрического сопротивления вольфрама равен приблизительно 5,810^-3 K^-1.

Из формулы зависимости электрического сопротивления от температуры можно выразить температуру нити:

(22)

Легко найти и абсолютную температуру T:

(23)

Величину определяют из закона Ома:

(24)

А величину можно вычислить, зная значение при комнатной температуре t₁:

(25)

Порядок выполнения работы

1 . Измерите электрическое сопротивление R нити накала лампы при комнатной температуре t с помощью измерительного моста или цифрового мультиметра. Вычислите электрическое сопротивление R нити лампы при температуре 0 °С.

2. Подключите лампу к источнику тока. Включите последовательно с ней амперметр и параллельно вольтметр (рис. 4). Изменяя напряжение U на лампе от 16 до 36 В, измерьте через каждые 4 В значения силы тока I.

3. Вычислите мощность W излучения лампы по формуле (20).

4. Вычислите электрическое сопротивление R_t нити лампы при различных значениях силы тока по формуле (24).

5. Вычислите значения абсолютной температуры Т нити накаливания (формула (23)) и четвертую степень температуры T⁴.

6. Вычислите отношение W/T⁴ для каждой пары значений T и W. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу 1.

Таблица 1.

, Ом			U, В	I, А		T, К	T4, К4	W, Вт
			16
			20
			24
			28
			32
			36

7. Постройте график зависимости W=f(T⁴). Сделайте вывод.