Домашние задания: Другие предметы

Мини-работа по физике, помогите!

У меня была спорная по физике. Учитель поставил Пять, с условием, что я напишу мини-исследовательскую на тему: ,,Соотношение тепла и света в лампочке,,. Он дал пару указаний:
Чтобы узнать кол-во тепла нужно нагреть с помощью лампочки воду, но нужно сделать так, чтобы потеря тепла была минимальной (лампочку, чтобы не взорвалась нагревать сразу в воде). Еще он сказал что нужно сделать так, чтобы жидкость не остывала. И сказал что нужно сначала рассчитать тепло, так чтобы оно не выходило с помощью его указаний. А как это сделать я не знаю. ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА, МНЕ ОЧЕНЬ СРОЧНО НУЖНО.
Ну я бы поостерёгся совать включённую электрическую лампочку в воду. Это небезопасно.

Если бы мне задали такую работу, я бы делал одним из следующих способов:
1. Простой. Эффективность ламы накаливания от 1% до 5%, то есть, 95-99% энергии идёт в тепло. Мощность лампочки мы знаем. Мощность х время = энергия. Не делая реальных экспериментов, в отчёте написал бы, как я опускал лампочку в воду, налитую в термос, и измерял температуру воды в зависимости от времени работы лампочки. Масса (например, через объём) воды известна. По разнице температур и теплоёмкости воды определяем выделение тепла и подгоняем значение к 95% от мощности. Остальное списываем на погрешность за счёт остывания воды. Термос должен быть прозрачным, иначе в реальном эксперименте мы бы намеряли 100%, смотри постскриптум.

2. Посложнее. Для более точного экспериментального решения задачи целесообразней измерять световую энергию. Берём фотодиод с известной площадью, располагаем его на заданном расстоянии от лампочки и измеряем фототок. Через квантовую эффективность фотодиода (можно принять равной около 50%) определяем количество фотонов в единицу времени. Энергию фотона принимаем равной цветовой температуре (около 2700 К, это 600 нм, соответствует 2 эВ), для нашей точности хватит и можно обойтись без измерения распределения по спектру. Теперь мы знаем световую энергию, падающую на площадку фотодиода. Вычисляем, какую часть полного телесного угла она занимает, пересчитываем на полный телесный угол и находим всю энергию светового излучения.

В принципе, в отчёте можно объединить п. 1 и 2., дополнив его п. 3 - определение потребляемой мощности через измерение напряжения на лампе и тока через лампочку.
Погрешность - насколько измеренное в пп. 1. и 2. отличается от 3.

P.S.
Иногда этот полушуточный вопрос задают не экзамене: "Какая часть подводимой к лампочке электрической энергии превращается в тепло?".
Правильный ответ - "Вся подводимая энергия". Какое-то время подведённая энергия существует в виде фотонов, но и они в конце-концов поглотятся и превратятся в тепло.
ОГ
Олег Горячко
5 471
Лучший ответ
"В тепловом инфракрасном диапазоне (8-14 мкм) поведение воды аналогично поведению абсолютно черного тела, которое поглощает всю энергию падающего на него потока излучения и выделяет ее в зависимости от собственной температуры." (http://geoknigi.com/book_view.php?id=863) Известна мощность лампочки, так? Известно время включения ея также. Известна теплоемкость воды и её масса. Наверное, надо посчитать разницу между работой, необходимой для нагрева воды с т1 до т2 и потребленной
мощностью. А 220 вольт лампу в воду - дурацкая затея)
змеевик вокруг лампочки накрути, замкнутую систему водотока, естественно на бумаге схему отрисуй.
тепловая конвекция будет крутить какой-нибудь лоток - это и будет то самое решение задачи, умозрительное, так сказать. просто нарисуй, покажи схему преподу, попроси точнее обозначить спектр искомых проблем. то что он тебе сказал - гавно на палочке не имеющее решения, для гуманитариев, потому что для решения необходимо масса параметров - какая лампочка, каков объем нагреваемой воды и прочая прочая. пускай сам даст схему того как он представляет решение, уже после можно опираться хоть на что-то, а не на уравнение с лишь одной известной - температурой накала вольфрамовой нити