Esperienza n. 2: STRUMENTI di MISURA - CARATTERISTICA di una LAMPADINA
Esperienza n. 2:
STRUMENTI di MISURA
CARATTERISTICA di una LAMPADINA
- Strumenti di misura.
- Ricavare la resistenza interna di un tester digitale ed analogico
E’ disponibile:
generatore tensione
Resistenza di 470 K 5%
tester
1) Osservare il generatore di tensione, esso dispone di 2 manopole :
Voltage: regola la tensione d’uscita ( la boccola rossa rappresenta la tensione positiva
rispetto alla boccola nera).
Current: regola la corrente massima che il generatore puo’ erogare .
Alcuni alimentatori sono composti da più generatori e perciò dispongono di una coppia
di manopole per ogni sezione ed altrettante boccole d’uscita.
Per impostare la corrente massima per l’esperienza (O,1 A) prendere un cavo e
cortocircuitare il generatore (per i generatori disponibili in laboratorio, questa non
rappresenta una manovra pericolosa per il generatore). Regolare la manopola current in
modo da leggere O,1 A. Togliere il cortocircuito e ruotare in senso antiorario la
manopola Voltage finche’ la tensione generata risulti essere circa uguale a zero.
Spegnere il generatore.
2) Costruire sulla basetta di plexiglass il circuito di fig. 1
A
B
470 K
generatore
Vag
tester
Vbg
V
Ri
10 Vfs
G
fig 1
A
B
470 K
generatore
Vag
Vbg
Ri
G
fig 2
Prima di dare tensione RICORDARE che il tester analogico di cui si dispone NON
ha protezioni quindi una manovra errata porta alla distruzione del tester (costo 90 euro).
Impostare il tester su volt ( il segno = sta per tensione continua; il segno di una
sinusoide sta per tensioni alternate). Per convenzione il puntale rosso indica il segno +
della tensione.
Impostare il tester su 10 V fondo scala .
1
Esperienza n. 2: STRUMENTI di MISURA - CARATTERISTICA di una LAMPADINA
Accendere l’alimentatore e regolarlo su circa 10 Volt, leggere la tensione Vag con il
tester poi Vbg.
La tensione Vbg risulterá minore di Vag; questo indica che nella resistenza R circola una
corrente I che attraversa il tester cioè il tester ha resistenza interna Ri
Determinare la resistenza interna Ri.
Il circuito da risolvere è quindi il circuito di fig. 2
Vag
.R i Vbg
470 R i
Quanta energia ( o potenza ) consuma lo strumento di misura per fornire la misura di
tensione ?
Quale errore si ottiene per Ri ?
Cambiando la tensione del generatore ripetere la misura di resistenza interna dello
strumento digitale ed analogico.
Caratteristica V- I di una lampadina [I(V)]
Costruire il circuito di fig. 3
METER MA
MA
12 V
V
alimentatore
METER V
LAMP
Fig. 3 Circuito per ricavare la caratteristica tensione - corrente
Misurare la tensione del generatore con il tester e la corrente indicata dal generatore di
tensione. Partendo da tensione zero, a passi di 0,5 volt fino a 12V costruire la seguente
tabella:
V
I
R
P = VI
Volt
mA
ohm
Watt
1
---
---
---
2
---
---
---
3
---
---
---
---
---
---
---
Disegnare le funzioni I(V), R(V) e R(I).
Notare che la resistenza cambia da partendo da temperatura ambiente (lampadina
spenta) a t 2000 °C (filamento incandescente).
Si dice resistenza differenziale il valore di resistenza calcolato in un punto come:
V
I V 5
La resistenza del filamento si può esprimere con:
R filamento R 0 1 t
R diff
con
2
Esperienza n. 2: STRUMENTI di MISURA - CARATTERISTICA di una LAMPADINA
R 0 resistenza della lampadina a t = 25 °C (lampadina spenta)
4.2 10 3 per il tungsteno
per temperature di circa 2000 °C, con grande errore si può approssimare l’espressione
della resistenza come:
R filamento R 0 t
La potenza dissipata dalla lampadina, che è anche l’energia emessa come calore
nell’unità di tempo si può esprimere come:
P = VI
E ricordando ancora la legge sull’emissività del corpo nero:
P T 4
Si può sempre con grande approssimazione ricavare, per il filamento della lampadina, la
relazione:
4
P VI T 4 R filamento
cioè
logP = 4logKRfilamento con K costante di proporzionalità
Verificare se le approssimazioni fatte sono valide, graficando i dati su carta doppio
logaritmica o su calcolatore e calcolare la pendenza della retta che in scala logaritmica
dovrebbe essere una retta con pendenza 4 se un filamento riscaldato fosse assimilabile
ad un corpo nero (vedi corso di Fisica Generale).
Ppotenza
Rfilamento
Black Body Radiation
Ptot=sT4
Massimo dello spettro
T/K
50
100
300
500
1000
1500
2000
2850
3000
4000
5000
5700
6000
Ptot
0,354 W/m2
5,671
459,3
3,544 kW/m2
56,71
287,1
907,2
3,741 MW/m2
4,593
14,51
35,44
59,85
73,49
m
57,955
28,978
9,659
5,796
2,898
1,932
1,449
1,017
0,966
0,724
0,58
0,508
0,483
3
