26.07.2013 Views

Laboratorieøvelse – Varmestråling - Fysik A

Laboratorieøvelse – Varmestråling - Fysik A

Laboratorieøvelse – Varmestråling - Fysik A

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

<strong>Laboratorieøvelse</strong> <strong>–</strong> <strong>Varmestråling</strong><br />

<strong>Fysik</strong> A<br />

Formålet med denne øvelse er at studere varmestråling, specielt Stefan <strong>–</strong> Boltzmanns lov.<br />

Et legeme ved temperaturen , udsender i følge Stefan <strong>–</strong> Boltzmanns lov elektromagnetisk stråling hvis<br />

intensitet er<br />

Konstanten<br />

Gunnar Gunnarsson, maj 2012<br />

kaldes Stefans konstant. Da strålingen stammer fra et legeme med en<br />

bestemt temperatur kaldes den varmestråling. <strong>Varmestråling</strong> er således ikke en bestemt form for<br />

elektromagnetisk stråling, navnet henviser blot til strålingens oprindelse. Hvor i det elektromagnetiske<br />

spektrum strålingen ligger, afhænger af legemets temperatur.<br />

Forsøget<br />

I forsøget vil vi måle på strålingen fra en glødetråd 1 (af stoffet Wolfram). Ved at justere<br />

spændingsforskellen over glødetråden, ændrer vi samtidig temperaturen af glødetråden. For hver værdi af<br />

spændingsforskel skal vi måle både strålingsintensiteten og temperaturen.<br />

Temperaturen måles indirekte ved at bruge en kendt sammenhæng mellem resistans og temperatur. For<br />

Wolfram er denne sammenhæng givet i en tabel, se tabellen bagest.<br />

Allerførst måles resistansen ved en kendt referencetemperatur, , her stuetemperatur. For hver værdi af<br />

spændingsforskellen aflæses også strømstyrken , og resistansen beregnes af For at finde<br />

temperaturen udregnes først forholdet I tabellen opsøges værdien af denne brøk og temperaturen<br />

aflæses. Nu vil tabellen højst sandsynlig ikke indeholde netop de værdier du har fundet og temperaturen<br />

kan derfor ikke direkte aflæses. I stedet for kan man regne sig frem til temperaturen ved lineær<br />

interpolation.<br />

Strålingsintensiteten måles med den såkaldte termosøjle. Den giver et spændingsudslag i mVområdet,<br />

som er direkte proportional med strålingsintensiteten. Da vi dette forsøg ikke er interesseret i<br />

1 Vi bruger en såkaldt Stefan-Boltzmann lampe, men forsøget kan godt udføres med en almindelig glødetråd.<br />

Side 1 af 2


<strong>Laboratorieøvelse</strong> <strong>–</strong> <strong>Varmestråling</strong><br />

<strong>Fysik</strong> A<br />

absolutte værdier, undersøger vi udelukkende sammenhængen mellem og . I denne version lyder<br />

Stefan <strong>–</strong> Boltzmanns lov: , hvor afhænger af termosøjlens evne til at absorbere strålingen.<br />

Mål referenceresistansen omhyggeligt med et Ohmmeter. Da resistansen i glødetråden er<br />

meget lille, er den relative usikkerhed ret stor.<br />

OBS: Mellem målingerne anbringes en metalskærm mellem lampen og termosøjlen, så temperaturen af<br />

denne forbliver forholdsvis konstant.<br />

Start med den laveste spænding. Stil spændingskilden på fx 2,0 V og aflæs strømstyrken på<br />

amperemeteret, og termosøjlens spænding på mV-meteret. Forøg spændingen med ca. 1 V<br />

og aflæs igen. Gentag op til højst 12 V.<br />

Databehandling<br />

For alle målinger, beregn og find den tilsvarende temperatur.<br />

Afbild som funktion af , og udfør en potensregression, og angiv regressionsligningen samt<br />

værdien af .<br />

Stemmer dette overens med Stefan <strong>–</strong> Boltzmanns lov?<br />

Undersøgelse af termosøjlen: For hver værdi af og , beregn pærens effekt . Afbild<br />

som funktion af . Er termosøjlens spænding proportional med pærens effekt? Hvilken<br />

indflydelse vil en afvigelse herfra have på forsøgets resultat?<br />

Ved målingen af resistansen af glødetråden, har vi set bort fra, at der også er en lille smule<br />

modstand i ledningerne og også i kontaktfladerne. Vi kan derfor forvente at den rigtige -værdi er<br />

lidt mindre end den vi har anvendt. Hvilken indflydelse har denne systematiske fejl på resultaterne?<br />

Hvilke andre strålingskilder end glødetråden kan have indflydelse på målingerne, og hvordan vil de<br />

påvirke resultaterne?<br />

Tabel over sammenhængen mellem resistans og temperatur for Wolfram<br />

T/K T/K T/K T/K<br />

300 1,00 1200 5,48 2100 10,63 3000 16,29<br />

400 1,43 1300 6,03 2200 11,24 3100 16,95<br />

500 1,87 1400 6,58 2300 11,84 3200 17,62<br />

600 2,34 1500 7,14 2400 12,46 3300 18,28<br />

700 2,85 1600 7,71 2500 13,08 3400 18,97<br />

800 3,36 1700 8,28 2600 13,72 3500 19,66<br />

900 3,88 1800 8,86 2700 14,34 3600 20,35<br />

1000 4,41 1900 9,44 2800 14,99<br />

1100 4,95 2000 10,03 2900 15,63<br />

Gunnar Gunnarsson, maj 2012<br />

Side 2 af 2

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!