Автор: Жилина Дарья Валерьевна ученица 10 А класса МОУ «СОШ 1» Научный руководитель: Мариненко Елена Ивановна учитель физики МОУ «СОШ 1»

Провести экспериментальное исследование зависимости мощности электромагнитного Излучения нити лампы накаливания от ее температуры.

Проблема:оценить потери электроэнергии в лампе накаливания при тепловом излучении. Объект исследования: мощность теплового излучения. Предмет исследования: тепловое излучение лампы накаливания. Оборудование: 3 лампы накаливания на 12В,2Вт каждая, регулируемый источник постоянного тока на 36В, амперметр, вольтметр, набор цифровых датчиков лаборатории «Архимед».

Измерить силу тока и напряжение с максимально достижимой точностью, используя электронные цифровые вольтметр и амперметр, с помощью цифровой лаборатории «Архимед». Провести анализ полученных результатов зависимости мощности теплового излучения от температуры.

Изучение литературы Теоретическое обоснование Техническое конструирование Наблюдение в ходе проведения эксперимента Измерение силы тока и напряжения Построение таблиц и графиков Анализ полученных результатов

1) Приняв мощность W излучения, равной потребляемой электрической мощности P : W= P= UI (1) определяем мощность излучения нити лампы, для этого измеряем U на лампе и потребляемую силу тока I. 2) Увеличила силу тока приводимую к повышению температуры нити лампы. Воспользовалась зависимостью сопротивления R t проводника от температуры t: R t = (1+at). (2) 3) Выразила температуру нити: t=1/а(R t /R 0 -1). (3) T= (t+273) K=(1/a(R 1 /R 0 -1) + 273) K (4) 4) Электрическое сопротивление R 1 при температуре t равно : R t = U/I (5) 5) Нашла R 0 = R 1 /1+at 1 (6)

U 1, mBI 1,mAt 1, CR 1, OmR 0, Om 11,30,52422,620,18 R 0 = 22,6/1+5*10 -3 =20,18 (Om). Таблица 1 R 0 =R 1 /(1+at 1 )

Схема (а) Таблица 2 U,B I,AW, BтR t,OмT,K 0,75 0,02400,01831,25367,6 5,00 0,05300,26594,3906,7 10,00 0,07630,75133,31239,8 15,00 0,09491,4161,31478,7 20,00 0,11132,2181,31654,1 25,00 0,12633, ,5 3,00 0,14,17215,81944,7 34,70 0,15105,24229,82064,1 R t =U/I

Т 4,10 10,К 4 1, W, Bт0,0180,2650,751,42,23,1254,175,24 Т 4,10 10, К 4 0,186,823,647,874,9107,2143,0181,5 W, Bт0,000180,002650,00750,0140,0220,031250,04170,0524 Таблица 3

6) Температура нити лампы Т и мощности W связанны: W= aT n 7) Должно выполняться условие: W 2 /W 1 =(T 2 /T 1 ) n Для Т 1 =1654,1 К и Т 2 =1944,7 К: T 2 /T 1 =1,176 и W 2 /W 1 =1,896 8) Нашли значения (T 2 /T 1 ) для n= 2, 3, 4, 6: (T 2 /T 1 ) 2 =1,382, (T 2 /T 1 ) 3 =1,625, (T 2 /T 1 ) 4 =1,910, (T 2 /T 1 ) 5 =2,246. 9) Предположила, что W= aT 4.Нашла значение T 4 и построила график зависимости W =f( T 4 )

W=ε w W, W= UI, ε w= ε u+ ε I (1) (Т 4 )=ε т 4 Т 4 = 4 ε m 4 Т 4. ε т= ε R1+ ε R0 =2 (ε u+ ε I ) ε m 4 =8(ε u+ ε I ). (2) 10) Измерения напряжения и тока выполнила с помощью цифровых приборов: U=0,1 B,I=0,1мА. В области от 10В до 34,7 В ε u изменяется от 1% до 0,3%. В этой же области ε I изменяется от 0,1% до 0,06%. Отсюда ε w =1%, ε Т 4 = 9%=10%.

График 1.

1)Теоретическое решение проблемы определения температуры нити, формула T= (t+273)K=(1/a(R 1 /R 0 -1)+273)К 2)Учет комнатной температуры, формула R 0= R 1 /1+ar1 3)Измерения R1 при минимальных значениях U и I 4)Экспериментальное определение температуры нити при различных значениях силы тока, составление таблицы 5)Предположение о возможности приближенного равенства мощности тока при высоких температурах нити 6)Экспериментальное определение мощности тока, составление таблицы 7)Предположение о связи W и T в виде (9) 8)Нахождение значения n=4 для одной точки 9) Построение графика W= f(T 4 ) 10)Оценка границ погрешностей W и (T 4 ) 11) Указание границ погрешностей W и (T 4 ) на графике 12)Вывод о существовании связи W= aT 4

В ходе исследований достигнута цель: установлена экспериментальная зависимость мощности электромагнитного излучения нити лампы накаливания от ее температуры. Решены задачи: проведено измерение силы тока и напряжения с максимально достижимой точностью. Используя электронные цифровые вольтметр и амперметр. С помощью цифровой лаборатории Архимед. проведен анализ полученных результатов зависимости теплового излучения от мощности. Экспериментально определена мощность тока. Для установления связи с температурой нити накала она выражается по формуле W= a T 4. Поэтому около 40% электроэнергии теряется на тепловое излучение. В связи с этим необходимо заменить их в целях экономии электроэнергии на более эффективные. Указаны границы погрешностей W и ( T 4 ) на графике.