Sprawozdanie z Fizyki

NUMER ĆWICZENIA: 31*

TEMAT: Sprawdzanie prawa Stefana-Boltzmanna.

PRZYRZĄDY:

regulator temperatury

model ciała doskonale czarnego

modulator

piroelektryczny detektor promieniowania podczerwonego

SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO:

TABELE POMIAROWE:

Tabela 1. Wyniki pomiarów

Lp.	Tmin [C]	Tmax [C]	Tśr [K]	Imin	Imax	Iśr
1.	248	258	526	396	405	401
2.	278	288	556	485	495	490
3.	308	318	586	571	583	577
4.	338	348	616	667	682	675
5.	368	378	646	799	814	807
6.	398	408	676	950	962	956
7.	428	438	706	1141	1159	1150
8.	458	468	736	1330	1341	1336
9.	485	495	763	1542	1553	1548
10.	515	525	793	1839	1852	1846
11.	545	555	823	-	-	-

I0 = 152..154, czyli I0śr = 153;

WYKRES:

Wykres 1. Zależność log(Iśr-I0) od log(T).

Tabela 2. Obliczone współczynniki prostej y=ax+b.

a	4,60	b	-10,12
a	0,04	b	0,11
a [%]	0,9 %	b [%]	1,1%

WYKORZYSTANE WZORY:

PRZYKŁADY OBLICZEŃ:

Ze względu na skomplikowane postacie wzorów i fakt, że rachunki wykonano za pomocą komputera (Excel 5.0), niemożliwe jest przedstawienie przykładowych obliczeń. Aby jednak choć częściowo zaprezentować kolejność wykonywanych operacji, można przedstawić niektóre z wyników pośrednich, np. poszczególne sumy. Oto one:

DYSKUSJA BLĘDÓW:

Błąd wartości współczynnika kierunkowego prostej wyznaczony został na podstawie wzoru zamieszczonego powyżej. Przy liczeniu tego błędu nie uwzględniono błędów wynikających z niedokładności użytych przyrządów i niedokładności pomiarów, gdyż do dalszych obliczeń brane były średnie (arytmetyczne) wielkości pomiarów.

Pewien wpływ na wynik miała nadmierna czułość użytego detektora podczerwieni, który reagował bardzo gwałtownie na wszelkie drgania zewnętrzne. Nie chodzi tu o takie drastyczne przypadki jak poruszenie stołem pomiarowym, czy samą aparaturą, ale o takie z pozoru nieistotne czynniki jak np. kroki współćwiczących, trzaśnięcie drzwiami w sąsiedniej sali czy głośniejsza rozmowa na stanowisku obok. Tak więc pomiary tego typu winny być prowadzone w stosunkowo odizolowanych warunkach (cisza, stała temperatura pomieszczenia, niewielka cyrkulacja powietrza w pobliżu przyrządów, brak wstrząsów itp.).

Dodatkowo należy zwrócić baczną uwagę na fakt, że po kolejnych zapaleniach i zgaśnięciach lampki kontrolnej termostatu wskazania detektora były różne. Wyglądało to np. tak, że podczas pierwszego odczytu w danej temperaturze Imin=170, Imax=180, podczas kolejnego Imin=172, Imax=182, a jeszcze później Imin=174, Imax=184 itd. Co szczególnie dziwi, to przyrosty te nie malały z biegiem czasu i gdyby odczekać kilkadziesiąt zgaśnięć i zapaleń kontrolki, to wyniki dla Imin i Imax byłyby wyższe nawet o 100 jednostek niz początkowe. Z tego powodu podczas przeprowadzania pomiarów przyjęto zasadę, że wyniki notowane będą po trzecim zgaśnięciu lampki w danej temperaturze (tak postępowano dopiero od temp. ok. 310C, czyli od 3 pomiaru).

WNIOSKI:

Otrzymane wyniki (wykres i obliczone współczynniki) w znacznym stopniu spełniają prawo Stefana-Boltzmanna, a niewielkie odchylenia od tego prawa spowodowane były prawdopodobnie błędami opisanymi powyżej.

Należy jednak podkreślić, że bardzo nieprzyjemną i uciążliwą przy pisaniu sprawozdania rzeczą były błędy we wzorach na regresję liniową zamieszczonych w skrypcie. Gdyby stosować się ściśle do nich, to błąd a wyniósłby ok.120, czyli ponad 20 razy więcej niż sama wielkość!

---