LEI DE STEFAN BOLTZMANN PARA ALTAS TEMPERATURAS
OBJETIVO
•
Demonstrar a validade da lei de Stefan Boltzman RRad = σ T4.
MATERIAL NECESSÁRIO
•
•
Fotômetro de infravermelho
Multímetro (3 unidades )
•
Lâmpada de Stefan Boltzmann
•
•
Cuba de radiação térmica
Cartão de referência e
bloqueio
cartão
de
PROCEDIMENTO
ATENÇÃO: Evite queimaduras=>Não toque na lâmpada.
A voltagem máxima na lâmpada deve ser de 12V e
CORRENTE MÁXIMA DE 3A.
1. Primeiro vamos realizar a medida da RE (resistência do filamento utilizada para determinar a
temperatura da lâmpada) na temperatura ambiente. Ligue a fonte de tensão e ajuste para
ZERO volts. Em seguida conectae em série a lâmpada, o amperímetro (escala mA) e a fonte
de tensão. Conectar o voltímetro aos terminais da lâmpada (escala mV). Ajuste a voltagem
(mV) de modo que a corrente que atravessa a lâmpada seja de aproximadamente 15mA.
Repita para as correntes de aproximadamente 25mA e 35mA. Determine o valor de RE
utilizando a lei de OHM.
Medidas:
REamb = ______________________
Tamb = _______________________
2. Faça agora a montagem conforme a figura 1 no final. O sensor de radiação deve ter sua face
colocada a 6 cm da lâmpada. A altura do fotômetro deve ser a mesma do filamento. O lado
metalizado do cartão deve ser voltado para lâmpada (não mostrado na figura).
3. Conecte o voltímetro diretamente na lâmpada. Não aproxime nenhum objeto da entrada de
radiação durante as medidas, incluindo aí a mão do experimentador.
4. Ligue a fonte de tensão. Faça a voltagem assumir cada um dos valores mostrados na tabela 1.
Para cada voltagem faça as medidas da corrente no amperímetro e da potência por unidade
de área RRad através da medida da voltagem no voltímetro conectado ao fotômetro de
infravermelho. Lembrem-se, as medidas de radiação devem ser rápidas (5 segundos).
Retire o cartão isolante da frente do sensor apenas durante a medida. Abra a abertura
do sensor apenas no momento da medida.
A medida da temperatura da Lâmpada é realizada de acordo com o procedimento em anexo.
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TAREFAS
1. Consulte um espectro eletromagnético e verifique se os comprimentos de onda entre 0.6 –
30µm correspondem ao infravermelho.
2. Utilizando o programa plank.mws (ftp) faça o gráfico da intensidade espectral como função
do comprimento de onda para T=Tfilamento = 3000K e verifique se a maioria da radiação
emitida pela lâmpada está no intervalo acima. DISCUTA sobre a validade do uso do
sensor neste experimento.
3. Complete a tabela 1. Calcule o valor da resistência do filamento em cada caso e através
do procedimento em anexo a temperatura do filamento.
4. Faça gráficos em escala logarítmica a fim de demonstrar a lei de radiação de Stefan
Boltzmann para altas temperaturas. Verifique se o resultado é o mesmo para todos os
intervalos de temperatura. (gráfico log-log)
5. Qual a influência dos outros objetos da sala no resultado do experimento, a irradiação
emitida por eles causa desvios significativos nas medidas?
6. Discuta os desvios em relação aos valores esperados.
7. Para Vlâmpada = 12V, determine a potência luminosa da lâmpada a partir das medidas
experimentais de radiação. Compare com a potência nominal da lâmpada e discuta o
resultado encontrado.
8. Na caixa de uma lâmpada incandescente temos informações como luminância e eficiência
luminosa. Pesquise sobre o significado destas grandezas. Qual a relação destas com a
unidade de medida básica candela? Compare com as lâmpadas fluorescentes.
Tabela 1: medidas
VLâmpada(V)
Α)
ILâmpada(Α
Radiação
(mV)
Resistência
(Ohms)
T(K)
Filamento
1,00
1,50
2,30
2,90
3,30
4,00
4,70
5,00
5,30
6,00
7,50
8,80
9,00
9,60
10,00
11,00
11,70
12,00
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FIGURA 1: Esquema de Montagem do Experimento
Medida da temperatura do filamento:
Amperímetro - MÁX 3A
Fonte tensão
MAX 13V
Milivoltímetro
Voltímetro
Para medida da temperatura do filamento de tungstênio da lâmpada utilize os dados da
tabela 2. Já foi realizada a medida da resistência na temperatura ambiente, REamb que é
denominada na tabela de R300. Por que a medida desta resistência com precisão é importante?
Para baixas temperaturas a relação entre resistência e temperatura é linear, para altas
temperaturas é não linear depende exatamente da razão entre R/R300. Com isso, a fim de medir a
temperatura com precisão, utilize uma regra de três composta ou ajuste de curva.
TABELA 2: Medida da temperatura.
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