Lampadine e Batterie

Lampadine e Batterie
• Fase esplorativa (Osservazioni e misure
utilizzando lampadine e batterie con diverse
disposizioni, in serie e parallelo)
• Fase quantitativa : verifica della legge di
Stefan-Boltzmann e stima della costante di
Stefan-Boltzmann
Fase esplorativa – apparato
sperimentale
• Batterie da 4.5 V
• Lampadine di
tensione nominale
3.5V, 6V, 12V
• Amperometro e
voltmetro per la
misura della
corrente e tensione
Tensione Corrente Potenza Resistenza
V
mA
W
W
3,5
200
0,7
18
6,0
300
1,8
20
12
165
2,0
73
24
83
2,0
0,29
Fase esplorativa – Misure
I. Verifica delle relazioni nominali
• tensione ai capi della batteria a circuito aperto
• Realizzare un circuito con una sola batteria lampadina ed una
sola batteria, misurare la corrente nel circuito e la tensione ai
capi della lampadina.
• Calcolare la resistenza (coincide con il valore nominale ?)
V
δV V δ I
R = ; δR =
+ 2
I
I
I
Il voltmetro va messo in
parallelo con la resistenza
e l’amperometro in serie
Fase esplorativa – Misure
II. Batterie in serie e parallelo
• Realizzare un circuito con due batterie (una volta in serie ed
una volta in parallelo) e una lampadina (Solo 6V e 12V).
Rispetto al caso precedente la luminosità è cambiata ? Se
misuro di nuovo la resistenza delle lampadine è cambiata ?
Perché ?
III. Lampadine in serie e parallelo
• Realizzare un circuito con una batteria e due lampadine in
serie. Rispetto al caso iniziale la luminosità è cambiata ?
• Realizzare un circuito con una batteria e due lampadine in
parallelo. Rispetto al caso iniziale la luminosità è cambiata ?
Come si interpretano questi risultati ?
Legge di Stefan-Boltzmann
• Verificare la relazione di Stefn-Boltzmann
P = εσ AT
La costante
4
σ = 5.6710−8W m −2 K −4
L’emissività ε varia tra 0 e 1, per corpi bianchi e neri
rispettivamente, A è la superficie emittente
Legge di Stefan-Boltzmann
• Realizzare un circuito con la lampadina da 12 V e il generatore
di tensione.
• Misurare la corrente in funzione della tensione, esplorando
delle tensioni in ingresso tra 1V e 15-16 V. La resistenza non è
costante a causa della temperatura, ma cresce. Si scelga come
resistenza di riferimento R0 il valore alla tensione minima (1V),
e si assuma la temperatura quella ambiente.
• La temperatura può essere stimata dalla relazione
1
 R
T = T0   ; γ = 1.025
 R0 
γ
T0 R1/ γ −1
T0 R1/ γ
δT =
δ R + 1/γ +1 δ R0
1/ γ
γ R0
γ R0
Legge di Stefan-Boltzmann
• Realizzare il grafico della potenza in funzione della temperatura
• Verificare che la relazione funzionale segue una legge a
potenza, con esponente pari a 4
• Calcolare la costante di StefanBoltzmann, assumendo A=10-5m2
discutere i risultati.