BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO HỘI VẬT LÍ VIỆT NAM Olympic Vật lý sinh viên Toàn quốc lần thứ XVII Đề thi THỰC NGHIỆM (Thời gian làm 180 phút) NGHIỆM LẠI ĐỊNH LUẬT STEFAN - BOLTZMANN VÀ XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU DÀI DÂY TĨC BĨNG ĐÈN SỢI ĐỐT I Cơ sở lý thuyết Khi vật nhiệt độ T (K), vật phát xạ lượng dạng sóng điện từ gọi tượng xạ nhiệt Sự phát xạ làm lượng vật giảm dẫn đến nhiêt độ vật giảm Do để trì nhiệt độ vật cần phải liên tục cung cấp lượng cho vật để bù lại phần bị Bức xạ nhiệt điều kiện nhiệt độ không đổi gọi xạ nhiệt cân Khi nhiệt độ vật cao xạ nhiệt mạnh Định luật Stefan – Boltzmann xạ nhiệt cân bằng: Năng suất phát xạ toàn phần vật đen tuyệt đối tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc bốn nhiệt độ tuyệt đối vật R(T) T , với T nhiệt độ tuyệt đối vật, số Stefan-boltzmann 5,67 10 8 W.m 2 K 4 Với vật xám suất xạ tồn phần có dạng R(T) T n , với α hệ số phát xạ, n giá trị lũy thừa (n ~ 4) Trong thí nghiệm khảo sát với vật xám dây tóc vonfram bóng đèn điện (hệ số phát xạ trung bình vonfram α = 0,35) Gọi chiều dài dây tóc L, bán kính r Khi dây tóc cấp dòng ổn định chạy qua, dây tóc nhiệt độ ổn định T, lúc công suất điện cấp cho đèn cân với lượng bị dây tóc thơng qua q trình dẫn nhiệt, đối lưu xạ nhiệt Khi dây tóc nhiệt độ cao (trên 1000K), phần lượng tương ứng với trình dẫn nhiệt đối lưu nhỏ so với phần lượng mát xạ nhiệt Bên cạnh đó, thực nghiệm cho thấy vùng nhiệt độ 300 K đến 3655 K, nhiệt độ dây tóc phụ thuộc vào điện trở suất vật liệu dạng: T 3,05 108 0,83 Trong thí nghiệm cần xác định giá trị lũy thừa n để nghiệm lại định luật StefanBoltzman (theo lý thuyết n = 4) xác định thơng số L, r dây tóc bóng đèn II Dụng cụ thí nghiệm - Nguồn điện biến đổi (chỉ dùng nguồn chiều) 01 hộp chứa bóng đèn sợi đốt có dây tóc W cần khảo sát - 01 đồng hồ đo điện sử dụng vôn kế 01 đồng hồ đo điện sử dụng ampe kế 05 dây nối Bóng đèn Mạch đấu dây Lưu ý: - Trước bật nguồn điện cần kiểm tra lại chân cắm đồng hồ thang đo Khi đo dòng thang đo nhỏ cần phải cẩn trọng tránh gây hư hỏng đồng hồ Khơng bao giở chuyển thang đo có điện đầu đo Bỏ qua dãn nở nhiệt dây tóc thời gian làm thí nghiệm III Yêu cầu thí nghiệm Xác định điện trở dây tóc bóng đèn nhiệt độ phòng (10 điểm) Điện trở dây tóc bóng đèn nhiệt độ phòng xác định thông qua khảo sát đặc trưng Vơn – Ampe hai đầu sợi tóc cho dòng điện nhỏ chạy qua sợi tóc Hãy sử dụng Vôn kế thang đo DCV 200 mV, 2V ampe kế thang DCA 200 mA - Vẽ sơ đồ mắc mạch cho thí nghiệm - Tiến hành đo đạc đặc trưng I-V sợi đốt ghi vào bảng số liệu - Vẽ đồ thị phụ thuộc điện trở sợi tóc theo dòng điện, nhận xét - Xác định giá trị điện trở sợi tóc RRT nhiệt độ phòng - Tính sai số giá trị RRT Xác định giá trị bậc lũy thừa n (10 điểm) - Xây dựng công thức cần thiết cách xác định n; - Lắp đặt thí nghiệm tiến hành đo đạc thu thập số liệu (viết bảng số liệu); - Xử lý số liệu phương pháp đồ thị xác định giá trị n - Tính sai số giá trị n đo Xác định chiều dài L đường kính r sợi dây tóc bóng đèn (10 điểm) - Xây dựng cơng thức cần thiết nói cách xác định L, r; - Thu thập số liệu cần thiết tính tốn xác định giá trị chiều dày L bán kính r dây tóc bóng đèn; Lưu ý: Để đơn giản coi phần xạ từ hai đầu sợi tóc nhỏ so với từ phần bề mặt xung quanh ... đường kính r sợi dây tóc bóng đèn (10 điểm) - Xây dựng cơng thức cần thi t nói cách xác định L, r; - Thu thập số liệu cần thi t tính tốn xác định giá trị chiều dày L bán kính r dây tóc bóng đèn;... phòng - Tính sai số giá trị RRT Xác định giá trị bậc lũy thừa n (10 điểm) - Xây dựng công thức cần thi t cách xác định n; - Lắp đặt thí nghiệm tiến hành đo đạc thu thập số liệu (viết bảng số liệu);