Laboratorieøvelse – Varmestråling - Fysik A
Laboratorieøvelse – Varmestråling - Fysik A
Laboratorieøvelse – Varmestråling - Fysik A
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