НОФ 2013, III кръг (национален), 10–12 клас — Задача 1. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ЗАДАЧА

Национална олимпиада по физика, Силистра, 21.04.2013 г · 21 април 2013 г. · 5,5 т.

Условие

Теоретична част

С промяна на температурата съпротивлението на материалите се променя, като за проводниците то е пропорционално на температурата. В случай на волфрамова нагреваема жичка от електрическа крушка връзката между температурата и съпротивлението е:

T/300=(R(T)/R(300))b,(1)T / 300 = \left(R(T)/R(300)\right)^{b}, \quad (1)

където TT е абсолютната температура в KK, стайната температура е приета за 300 KK, R(T)R(T) е съпротивлението на жичката при температура TT, R(300)R(300) е съпротивлението ѝ при стайна температура, а bb е константа.

В работно състояние входната електрическа мощност е равна на мощността, отделена от жичката чрез топлопроводност и излъчване:

P=K(T−T0)+σAT4,(2)P = K(T - T_0) + \sigma A T^{4}, \quad (2)

където T0T_0 е стайната температура, σ\sigma - константа на Стефан-Болцман, AA - площта на жичката, KK е константа, чиято големина зависи от топлообмена чрез топлопроводност през крачетата на жичката.

При високи температури (над около 1000 K) доминира топлообменът чрез излъчване, при което изразът (2) се свежда до познатия закон на Стефан-Болцман:

P=σAT4.(3)P = \sigma A T^{4}. \quad (3)

Уреди и материали

  • Схема с цокъл за лампа и потенциометър .......................................1 бр.
  • Лампа с нагреваема жичка ................................................................1 бр.
  • Мултицет .............................................................................................2 бр.
  • Батерия 9 V .........................................................................................1 бр.
  • Линия ....................................................................................................1 бр.
  • Електронно-микроскопска снимка на жичката ...............................1 бр.
  • Милиметрова хартия. ..........................................................................1 л.

Указания

  • Когато сте включили мултицета в режим на волтметър, при превключване между обхватите НЕ минавайте през тези за измерване на ток.
  • Изключвайте мултицетите и батерията, когато не ги използвате продължително време.
  • Не подавайте на лампата напрежение по-голямо от 6V.

Необходими константи:

  • Специфично съпротивление на волфрам – ρ=(5.4±0.1)×10−8 Ωm\rho = (5.4 \pm 0.1)\times 10^{-8}\ \Omega m
  • Температура на топене на волфрам – T=(3695±10) KT = (3695 \pm 10)\ K

Да се изследва волт-амперната характеристика на лампа с нагреваема жичка.

1.1. Начертайте схема, по която ще направите измерванията, като обозначите мястото и начина на свързване на измерителните прибори. Отбележете обхвата на уредите, при който ще работите. [2 т.]

1.2. Получете експериментално волт-амперната характеристика на електрическата лампа. Представете данните таблично и оценете грешката на единичното измерване. [2 т.]

1.3. Представете графично получените експериментални данни. [1,5 т.]

Решение

Внимание: Непълно решение

В архива липсва файл с решения за тази задача.

Оригинал в Архива: NOF3_2013_10-12problemsExp.pdf