Проектная работа по физике, 8 класс 'Определение температуры нити накаливания'

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 2 п.г.т. Актюбинский»

Азнакаевского муниципального района Республики Татарстан

Тема проекта: «Определение температуры нити накаливания»

Исследовательский проект по физике

Выполнили: Хусаинова И., Синица П.

ученицы 8А класса МБОУ

«СОШ №2 п.г.т. Актюбинский»

Руководитель проекта: Хисматова М.С., учитель физики

Азнакаево, 2015 год

Содержание

1. Введение

2. Практическая часть

   1. Расчет температуры нити накаливания лампы

3. Выводы

4. Заключение

Список литературы

1. Введение

Температура является одним из трех основных параметров, характеризующим состояние вещества. В промышленности измерение температуры занимает до 80 % объема всех измерений. Температура определяет степень нагретости тела, она характеризует тепловое состояние вещества и пропорциональна средней кинетической энергии его молекул.

На практике измерение температуры непосредственно невозможно. Поэтому для измерения температуры используют различные явления, происходящие под воздействием тепла, например, расширение веществ, изменение электрического сопротивления, излучение нагретых тел. Однако, количественная оценка возможна лишь при сопоставлении с некоторой эталонной температурой.

Измерение температуры любым из методов выполняется косвенно, т.е. значение измеряемой температуры определяется по результатам прямых измерений другой физической величины - давления, термоэлектродвижущей силы, электрического сопротивления и др.

Классификация методов измерения температуры:

• Тепловое расширение;

• Изменение давления;

• Тепловое излучение;

• Термоэлектрический эффект;

• Изменение сопротивления.

К «измерениям» относят последовательность действий, включающую констатацию наличия у объекта некоторого свойства, качественную оценку этого свойства как определенной величины, сопоставление величины, воспроизводимой на объекте, с единицей этой величины, определение их количественного соотношения. С этих позиций имеют право на существование как прямые, так и косвенные измерения.

Косвенными измерениями называют расчет интересующей исследователя величины по известным зависимостям, в которые входят величины, полученные прямыми измерениями, например, измерения площадей таких плоских фигур, как треугольник или параллелограмм.

Прямые и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений.

Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Примеры прямых измерений: измерение длины детали микрометром, силы тока амперметром, массы на весах.

Косвенное измерение - определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Принципиальной особенностью косвенных измерений является необходимость обработки (преобразования) результатов вне прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера), в противоположность прямым измерениям, при которых прибор выдает готовый результат. Классическими примерами косвенных измерений можно считать нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон, определение площади треугольника или другой геометрической фигуры и т.п. Один из наиболее часто встречающихся случаев применения косвенных измерений - определение плотности материала твердого тела. Например, плотность ρ тела цилиндрической формы определяют по результатам прямых измерений массы m , высоты h и диаметра цилиндра d, связанных с плотностью уравнением

ρ = m/ (0,25π d² h).

Совокупные измерения - проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.

Совместные измерения - проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величин для определения зависимости между ними. В качестве примера можно рассмотреть одновременные измерения длин и температур для нахождения температурного коэффициента линейного расширения.

Итак, мы, воспользовавшись совместными и косвенными измерениями, узнаем температуру нити накаливания лампы.

Цель: измерить температуру нити накала косвенным методом, изучить зависимость сопротивления металлического проводника от температуры .

Гипотеза: возможно измерить температуру нити накаливания лампы не применяя термометр.

Задачи проекта.

1. Определить сопротивление нити накаливания в начальный момент.

2. Определить сопротивление нити спустя определенное время.

3. Найти формулу зависимости сопротивления от температуры в теоретических источниках.

4. Вывести формулу температуру из формулы для зависимости сопротивления.

5. Найти значение температурного коэффициента сопротивления

в таблице.

6. Рассчитать температуру нити накаливания.

Методы реализации поставленных задач.

1. Используя лабораторное оборудование по электричеству собрать цепь, состоящую из источника тока, лампы от карманного фонарика, соединительных проводов, амперметра и реостата. Вольтметр присоединить к клеммам лампочки.

2. Снять показания амперметра в начальный момент и спустя некоторое время.

3. Снять показания вольтметра в начальный момент и спустя некоторое время.

4. Найти сопротивление по формуле :

5. Найти сопротивление спустя некоторое время по формуле:

6. Вывести из формулы:

Формулу температуры.

Здесь используется температурный коэффициент. Что же это такое?

Если при температуре, равной 0 ⁰С, сопротивление проводника равно R₀ , а при температуре t оно равно R , то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, приямо пропорционально изменению температуры t :

Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры. Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании его на 1 градус. Для всех металлических проводников коэффициент α>0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур.

При нагревании проводника его геометрические размеры меняются незначительно. Сопротивление проводника меняется в основном за счет изменения его удельного сопротивления от температуры. Если в формулу подставить значения R=ρl/s и R₀=ρ₀l/S . Вычисления приводят к результату ρ=ρ₀(1+αt)

Так как α мало меняется при изменении температуры проводника, то можно считать, что удельное сопротивление проводника линейно зависит от температуры.

Увеличение сопротивления можно объяснить тем, что, при повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки, поэтому свободные электроны сталкиваются с ними чаще,теряя при этом направленность движения. Хотя коэффициент α довольно мал, учет зависимости сопротивления от температуры при расчете нагревательных приборов совершенно необходим. Так сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания увеличивается при прохождении по ней тока более чем в 10 раз.

Из справочника по физике берем температурный кофэффициент α=0,006 К^-1

3. Практическая часть

3.1.Расчет температуры нити накаливания лампы.

1. Собираем цепь из источника тока, лампы от фонарика, соединительных проводов, амперметра, вольтметра и реостата.

2. Снимаем показания амперметра в начальный момент и спустя некоторое время.

3. Снимаем показания вольтметра в начальный момент и спустя некоторое время.

4. Нашли формулу зависимости сопротивления проводника от температуры

5. Найдем сопротивление в начальный момент по формуле .

6. Найдем сопротивление спустя некоторое время по формуле

7. Рассчитаем из формулы температуру нити.

8. Здесь температурный коэффициент α=0,006 К^-1

9. Результаты измерений приведены в таблице (Приложение 1)

4. Выводы. Гипотеза подтверждена.

Мы измерили температуру нити накала лампочки косвенным путем. Получили . Мы изучили зависимость сопротивления металла от температуры. Убедились, что с ростом температуры, сопротивление металла растет, сила тока и напряжение уменьшаются.

5.Заключение.

Не используя термометр, измерили косвенным путем температуру нити накаливания лампы. Таким образом, мы с помощью изученной нами литературы, проведенных опытов, формул смогли найти метод для измерения температуры проводника не применяя термометр.

Проведение косвенных измерений - один из методов познания в физике.

Список литературы

1.Справочник по физике и технике .А.С. Енохович.

2.Физика 10 класс Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский

3.Задачник 10-11 классов по физике. А.П. Рымкевич.

4.www.newlitan.ru

5.studopedia.ru

Приложение 1

Результаты проведенных измерений и вычислений

№ опыта

Сила тока I, А

Напряжение U, В

Сопротивление R, Ом

Температура, t, ⁰С

1

0,1

5,2

52

20

2

0,09

5,19

57,66

222