Remote-LAB GymKT

Pracovní úkol a postup měření

Pracovní úkol:

1. Proměřte bod po bodu závislost elektrického proudu žárovkou (2,2 V / 0,18 mA) na připojeném napětí na žárovce.

2. Získané hodnoty vyneste do voltampérové charakteristiky dané žárovky. Tvar získané závislosti srovnejte s teorií.

3. Dopočítejte hodnoty statického odporu z naměřených hodnot a sestrojte graf závislosti stejnosměrného odporu vlákna žárovky na přiloženém napětí.

4. V grafu zjistěte hodnoty diferenciálního odporu (pomocí konstrukce tečny) pro „studenou“ žárovku a pak pro žárovku s rozžhaveným vláknem.

5. Ze změny statického odporu odhadněte teplotu vlákna v jednotlivých případech – lze též vynést do grafu závislost teploty vlákna na procházejícím proudu (resp. přiloženém napětí, či příkonu).

Postup měření

1. Spustíme vzdálený experiment VeLMA – Voltampérová charakteristika žárovky.

2. Pomocí posuvníku (PC) či tlačítek + a – (tablet) postupně nastavujeme různé hodnoty elektrického napětí na žárovce.

3. V jednotlivých okamžicích odečítáme hodnoty el. napětí a el. proudu, které zapisujeme do tabulky.

4. Naměřené hodnoty průběžně kontrolujeme v grafu a v případě větších mezer mezi body měřené závislosti doměřujeme chybějící části.

5. Sledujeme na webové kameře žárovku a zaznamenáme si okamžik (napětí a proud), kdy se vlákno rozžhavilo.

6. Po naměření potřebného počtu dat (a uložení všech souborů experimentálních hodnot!) vzdálenou úlohu ukončíme.

7. Otevřeme zvolený soubor experimentálních dat v tabulkovém procesoru (MS Excel, Oo Calc, Kingsoft Spreadsheets…).

8. Do grafu vyneseme závislost el. proudu žárovkou na připojeném el. napětí. Zkontrolujeme tvar získané závislosti s předpokládaným tvarem.

9. Pomocí vzorce (1) vypočítejte hodnoty statického odporu pro různá napětí měřeného intervalu. Závislost statického odporu na přiloženém napětí vyneste do grafu.

10. V oblasti voltampérové chrakteristiky, které odpovídá nesvítící žárovce, určete směr tečny pomocí regresní přímky. Směrnice regresní přímky odpovídá tzv. diferenciálnímu (dynamickému) odporu žárovky – viz vzorec (2).

11. Obdobným způsobem určete diferenciální odpor pro okamžik svítící žárovky (nejlépe pro hodnoty 2,2 V / 0,18 mA).

12. Pomocí vzorce pro teplotní závislost elektrického odporu kovového vodiče R = R₀ · [1 + α · (t – t₀)] určete přibližnou pracovní teplotu vlákna žárovky – vycházejme z předpokladu, že teplota vlákna na začátku experimentu odpovídala laboratorní teplotě t₀ = 25 °C (teplotní součinitel elektrického odporu wolframového vlákna: α = 4,83 ·10^–3 K^–1).

Graf teploty na proudu (napětí, příkonu)

Pomocí výše uvedeného vzorce můžeme vynést i několik dalších závislostí.

13. Vyneseme do grafu závislost přibližné teploty vlákna na procházejícím proudu žárovkou.

14. Vyneseme do grafu závislost přibližné teploty vlákna na přiloženém napětí na žárovce.

15. Vyneseme do grafu závislost přibližné teploty vlákna na příkonu žárovky (součin napětí a proudu).

16. Získané závislosti (zejména tu z bodu 15) srovnáme s naším předpokladem plynoucím z představy o tepelném vyzařování těles (např. Stefanův-Boltzmannův zákon).