Magdalena Grzesiak
Ćwiczenie numer 32
1. Sprzęt
- zestaw z ciałami: poczernionym i niepoczernionym.
- termos
- termopara (termometr CMT 12)
- przewody elektryczne
- zasilacz typu ZT-2980 – 3M
- woltomierz [klasa 0,5]
- amperomierz [klasa 0,5]
- miernik temperatury
2. Cele ćwiczenia:
Wyznaczenie stałej Stefana – Boltzmana.
3. Wyznaczenie stałej Stefana – Boltzmana.
Stała Stefana-Boltzmana wyznaczona została metodą jednakowych mocy – do ciała poczernionego i niepoczernionego dostarczony był prąd o jednakowej mocy, pod wpływem którego ciała ogrzewały się osiągając mierzone temperatury równowagi. Na tej podstawie oraz znajomości temperatury otoczenia i powierzchni ciał możliwe było wyznaczenie stałej.
Temperatura wyjściowa wynosiła T = 29,5⁰ C = 302,5 K. Zakres amperomierza to 750mA.
I [A]
∆I [A]
U [V]
∆U [V]
P [W]
∆P [W]
∆PP
Tm [⁰C]
∆Tm [⁰C]
Tm [K]
σ [Wm2∙K4]
∆σ
[Wm2∙K4]
ciało poczernione
0,56
±0,5
11,6
6, 496
±1
0,15
131,9
1,14
404,9
6,76×10-8
±2×10-8
ciało niepoczernione
0,55
11,8
6,49
96,5
1,1
369,5
Przykładowe obliczenia:
σ = P(Tn-Tc)S(Tc4-T4)(Tn-T)
Tn – temperatura ciała niepoczernionego
Tc – temperatura ciała poczernionego
Tm – wartości zmierzone temperatury
S – powierzchnia każdego z ciał, S = 2,74×10-3 [m2], ∆SS = 2%
σ = P(Tn-Tc)S(Tc4-T4)(Tn-T) = 6,49(369,5-404,9)2,74×10-3(404,9 4- 302,54)(369,5-302,5) = 6,76×10-8
dla I= 0,56 A i U=11,6 V.
P = U × I = 0,56×11,6 = 6, 496 W
∆P = 0,5+0,5 = 1W
∆PP = 16,496 = 0,15
Niedokładności pomiarowe temperatury zostały policzone zgodnie z klasą miernika temperatury zgodnie ze wzorem: ±(1% + 1⁰C).
Dla temperatury: Tm = 131,9[⁰C]
∆Tm = ±(1% ×131,9 +1⁰C) = 1,14⁰C
4. Wnioski
Otrzymana wartość stałej Stefana-Boltzmana jest poprawnego rzędu, jednak różni się od wartości tablicowej, która wynosi. Biorąc pod uwagę niepewność pomiarową można przyjąć, że wynik jest zgodny z naszymi oczekiwaniami. Niepewności pomiarowe wynikały z niepoprawnych odczytów temperatury (w szczególności temperatury otoczenia) z mierników. Przyczyną błędów mógł być fakt, że zarówno ciało poczernione jak i niepoczernione były używane a więc i podgrzewane podczas wcześniejszych zajęć. Istnieje więc prawdopodobieństwo, że nie były one w temperaturze otoczenia.
magdag77