Меню

Определить мощность необходимую для накаливания вольфрамовой нити

Изучение зависимости температуры нити лампы накаливания от потребляемой мощности

Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения

Лабораторная работа №201-6

Изучение зависимости температуры нити лампы накаливания от потребляемой мощности

1. Теоретические данные.. 3

2. Цель работы. 4

3. Порядок выполнения работы. 5

1. Теоретические данные

Ток, текущий по нити лампы накаливания, нагревает проводник и заставляет излучать.

В установившемся режиме вся подводимая к проводнику мощность

Идет на излучение.

Мощность, излучаемая единицей поверхности металла, который нагрет до абсолютной температуры T, определяется соотношением:

(2)

,где σ = 5,67*10 -8 Вт/(м 2 *К 4 ) – постоянная Стефана – Больцмана. К=0,30 – коэффициент поглощения вольфрама (он равен доле падающего излучения, которая поглощается нагретым телом).

Если нить лампочки – цилиндрический проводник с диаметром D и длинной L, то величина излучающей поверхности равна (πDL), а мощность, излучаемая лампочкой, определяется выражением:

(3)

из (1) и (3) вытекает

Для определения абсолютной температуры T воспользуемся формулой зависимости сопротивления металлических проводников от температуры,

, где R 0 – сопротивление проводника при 0 0 С (значение R 0 дано на рабочем месте), t – температура по шкале Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления (он равен относительному увеличению сопротивления проводника при нагревании его на 1 градус).

В общем случае α зависит от температуры. В ограниченном диапазоне температур (до 500 0 С) этой зависимостью можно пренебречь и считать α=const(t).

Для чистых металлов α≈1/273. В настоящей работе в качестве проводника используется нить лампочки накаливания из вольфрама с температурным коэффициентом α=4.8*10 -3 .

По закону Ома сопротивление лампочки R=U/I. Таким образом для температуры T=273+t получим выражение:

Сопротивление вольфрамовой нити диаметром D и длинной L при 0 0 С равно:

Удельное сопротивление при 0 0 С для вольфрама имеет значение ρ 0=5,5*10 -8 Ом.

Геометрические размеры проводника найдем, используя два соотношения: формулу для сопротивления R 0 однородного проводника и выражение для мощности, излучаемой поверхностью нагретой нити лампочки.

Читайте также:  Найти мощность двигателя вращающегося с частотой

2. Цель работы

Получение вольт-амперной характеристики проводника, определение по ней зависимости T(P),оценка неэлектрических параметров проводника – длины и диаметра – по результатам электрических измерений I(U) и заданному значению R 0.

3. Порядок выполнения работы

1. Включить выпрямитель в сеть, ключ К1 перевести в верхнее положение. Потенциометром П1 установить по вольтметру напряжение 1-2 В.

2. Изучаемый проводник (лампочка) включен последовательно с потенциометром П2. Вывести П2 до отказа вправо, при этом увеличивается ток по амперметру А.

3. С помощью П1 подобрать напряжение U, при котором ток в цепи будет максимальным. Значения напряжения U и тока занести в таблицу. Разбить диапазон 0 – U на 10-15 интервалов и снять зависимость I(U). Результат занести в таблицу. Построить график.

4. Вычислить сопротивление проводника R=U/I. Результат занести в таблицу, построить график зависимости R(U).

5. Во всех измеренных точках вычислить температуру проводника по кельвину. Результат занести в таблицу.

6. Вычислить мощность P и корень четвертой степени из мощности. Занести в таблицу. Построить график .

7. Выбрать линейный участок на графике и определить угловой коэффициент прямой.

Источник



Квантовая природа излучения. Температура внутренней поверхности электрической печи Т = 700 °С

Температура внутренней поверхности электрической печи Т = 700 °С. Определить мощность излучения печи через небольшое отверстие диаметром d = 5см, рассматривая его как излучение абсолютно черного тела.

Дано: Т = 973 К d = 5 10 –2 м Решение Из закона Стефана – Больцмана . (1) С другой стороны,
N – ?

(2)

где площадь отверстия

(3)

Подставляя (3) и (1) в (2), получим:

;

Вт;

Ответ: N = 99,7 Вт.

Пренебрегая потерями тепла на теплопроводность, подсчитать мощность электрического тока, необходимую для накаливания вольфрамовой нити диаметром 1 мм и длиной 20 см до температуры 3500 К. Коэффициент черноты вольфрама для данной температуры А Т = 0,35. Какой ток потечет через лампу, если напряжение в сети 220 В?

Подставляя (1), (3) в (2), получим:

;

С другой стороны, мощность тока , тогда

Ответ: N = 1870 Вт; I = 8,5 A.

Температура черного тела Т 1 = 3000 К. При остывании тела длина волны, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на 8 мкм. Определить температуру Т 2, до которой тело охладилось.

Дано: Т 1 = 3000 К м Решение Из закона Вина имеем: и Изменение длины волны, на которую приходится максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости,
Т 2 – ?

Ответ: T 2 = 323 K.

В результате охлаждения черного тела длина волны, отвечающая максимуму спектральной плотности энергетической светимости, сместилась с до . Определить, во сколько раз изменятся: 1) энергетическая светимость тела; 2) максимальная спектральная плотность энергетической светимости.

Дано: Решение Энергетическая светимость черного тела, согласно закону Стефана – Больцмана, , (1) где – постоянная Стефана – Больцмана; Т – термодинамическая температура.
; – ?

Согласно закону смещения Вина

, (2)

где b – постоянная Вина.

и . (3)

Искомое отношение энергетических светимостей с учетом формул (1) и (3) запишется в виде:

= ; = .

Зависимость максимальной спектральной плотности энергетической светимости черного тела от температуры:

где постоянная с = 1,3 10 –5 .

Тогда искомое отношение максимальных спектральных плотностей энергетической светимости с учетом закона смещения Вина (2)

= ; = .

Ответ: уменьшится в 81 раз; уменьшится в 243 раза.

Определить количество теплоты, теряемой 50 см 2 поверхности расплавленной платины за 1 мин, если поглощательная способность платины А Т = 0,8. Температура t плавления платины равна 1770 .

Согласно закону Стефана – Больцмана

, (2)

где = 5,67 10 –8 – постоянная Стефана – Больцмана.

Подставив (2) в (1), найдем искомое количество теплоты, теряемое расплавленной платиной:

Ответ: = 237 кДж.

Источник

Задачи по физике

Для лампы накаливания мощностью сто пятьдесят ват и напряжением двести двадцать вольт необходимо определить величину сопротивления вольфрамовой нити накаливания при температуре двадцать пять градусов Цельсия. Известно, что температура накала нити лампы составляет две тысячи пятьсот градусов Цельсия. Температурный коэффициент сопротивления вольфрама 5,1×10 -3 град -1 .

Дано: U=220 В; Р=150 Вт; t ° 1=25 ° C; t ° 2=2500 ° C; α=5,1×10 -3 град -1
Найти: R1-?

Запишем формулы для расчета величины сопротивления нити накаливания при комнатной и рабочей температуре

R_1=R_0(1+<alpha data-lazy-src=

Итоговая формула для расчета величины сопротивления нити накаливания при температуре 25 градусов Цельсия принимает вид

R_1=<U^2/P data-lazy-src=