Hướng dẫn thí nghiệm Vật lý đại cương 3 - Bài 4: Khảo sát hiện tượng bức xạ nhiệ. Nghiệm định luật Stefan-Boltzmann

GV: Trần Thiên Đức - V2011 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 4 1. Tên bài: Khảo sát hiện tượng bức xạ nhiệt – Nghiệm định luật Stefan-Boltzmann 2. Nhận xét: - Bài này về cơ bản chả có vấn đề gì. Kiến thức chủ yếu xoay quanh hiện tượng bức xạ nhiệt của một cái bóng đèn  khi cường độ bóng đèn tăng thì tất nhiên bức xạ nhiệt tăng. - Vấn đề chính của bài này là đo khá lâu (nếu bạn nào không có kinh nghiệm thì nhiều lúc đo đến hết giờ mà vận chưa thu được số liệu) vì quá trình tăng nhiệt và giảm nhiệt độ thường không diễ ra tức thời. Tính trung bình mỗi phép đo cẩn thận mất khoảng 10 – 15 phút  nếu mà đo sai mà bắt buộc phải đo lại thì cực kỳ lâu. 3. Giải quyết: 3.1. Những điều cần biết: - Bộ thí nghiệm của chúng ta gồm có:  Bóng đèn dây tóc: cường độ sáng có thể thay đổi bằng cách thay đổi hiệu điện thế (chú ý là đây là loại bóng đèn 6V nên đừng có mắm môi mắm lợi vặn tối đa hiệu điện thế).  Vôn kế và Ampe kế hiện số (đồng hồ vạn năng điện tử): dùng để đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong mạch chứa bóng đèn  đọc giá trị đối với loại dụng cụ này khá đơn giản vì kết quả hiển thị dưới dạng số điện tử, tuy nhiên gặp phải dụng cụ nào có vấn đề như số nhảy loạn xạ, không hiển thị số thì tình hình là rất tình hình. Ngoài ra, còn một chú ý nữa là nhiều bạn chẳng biết cách đấu từ dụng cụ này ra ngoài  cắm lung tung hết cả  tóm lại phải nhớ điều này: luôn có 2 dây để lấy 2 đầu ra, trong đó 1 đầu bao giờ cũng phải vào cổng COM (cổng nối đất), một đầu vào cổng đo tương ứng (ví dụ muốn đo hiệu điện thế thì phải tìm cổng nào có chữ V, muốn đo cường độ dòng thì tìm cổng nào có chữ A, có thể có hai cổng đều có chữ A nhưng 1 cổng dành cho giá trị lớn như 10A một cổng dành cho giá trị nhỏ ví dụ mA thì tùy theo đại lượng cần đo nằm trong khoảng nào thì sử dụng cổng đấy). Cuối cùng là những chú ý cực kỳ quan trọng khi thao tác với thiết bị này để tránh hỏng hóc. o Không bao giờ được điều chỉnh thang đo khi đang có điện trong mạch  giống như kiểu không bao giờ đi thuyền qua sông khi nước chảy rất mạnh. o Không bao giờ được điều chỉnh thang đo thấp hơn giá trị đo (dễ bị cháy thiết bị)  đây gọi là yếu còn ra gió  và không điều chỉnh thang đo quá lớn so với giá trị cần đo  đây gọi là giết gà mà dùng dao mổ trâu . o Đo cường độ thì phải mắc nối tiếp và đo điện áp thì phải mắc song song  nguyên lý cơ bản này mà rất nhiều bạn không nắm vững. o AC: xoay chiều, DC: một chiều  trong bài này các bạn chỉ sử dụng hai dải đo DCA (đo dòng một chiều) và DCV (đo điện áp một chiều).  Cuối cùng dải đo trong bài là DCV và DCA (vì dòng một chiều mà)  Bộ nguồn một chiều: cung cấp điện áp cho bóng đèn sáng, có hiệu điện thế thay đổi trong dải từ 0 – 8V  bộ nguồn này là chỉ thị kim nên để quan sát chính xác thì khi thay đổi giá trị hiệu điện thế thì chúng ta xem giá trị trên vôn kế số đã đạt đúng các giá trị 1V, 2V, 3V,,6V chưa (không nhìn kim trên bộ nguồn vì không chuẩn lắm). GV: Trần Thiên Đức - V2011  Cảm biến nhiệt (gồm một đầu thu + một bộ hiển thị): Vai trò của cái này rất đơn giản  biến nhiệt năng thành tín hiệu điện để đánh giá  nhiệt càng lớn thì tín hiệu càng lớn  very simple. Hình 1. Bộ thí nghiệm thực tế Hình 2. Đồng hồ vạn năng điện tử Hình 3. Sơ đồ bộ thí nghiệm 3.2. Quá trình đo cần chú ý: a. Đo điện trở dây tóc ở nhiệt độ phòng: GV: Trần Thiên Đức - V2011 - Về nguyên lý thì khá đơn giản  do hiệu điện thế và cường độ dòng điện đi qua bóng đèn rồi sử dụng định luật Ôm R = U/I là xong. - Các bước chính:  B1: Mắc mạch như hình vẽ  chú ý không được quên mắc điện trở hạn chế dòng qua bóng đèn.  B2: Kiểm tra nguồn xem vặn về 0 chưa.  B3: Kiểm tra thang đo của Vôn kế (DCV 200mV) và Ampe kế (DCA 200mA):  B4: Mời giáo viên hướng dẫn ra kiểm tra mạch  OK thì bắt đầu đo.  B5: Điều chỉnh I lần lượt ở các giá trị 50 mA, 100 mA, 150 mA  đọc giá trị U1, U2, U3 tương ứng.  Phần này khá đơn giản và chỉ là bước dạo đầu  Hình 4. Sơ đồ mạch đo điện trở dây tóc của bóng đèn b. Đo điện trở dây tóc ở nhiệt độ T và suất nhiệt điện động E tương ứng trên cảm biến nhiệt điện. - Các bước chính:  B1: Mắc mạch như hình vẽ  B2: Chỉnh “0” bộ hiển thị (bộ kết nối với cảm biến nhiệt) bằng cách điều chỉnh núm MV.  B3: Kiểm tra thang đo của Vôn kê (DCV 20V) và của Ampe kế (DCA 10A)  nhớ thay đổi đầu ra của Ampe kế điện tử vì đo trong phần b khác với phần a (đầu COM vẫn giữ nguyên chỉ việc rút đầu còn lại cắm vào lỗ ghi 10A hoặc 20A tùy theo đồng hồ đo sử dụng) Hình 5. Sơ đồ mạch khảo sát phần b  B4: Điều chỉnh khoảng cách của đèn so với cảm biến khoảng 3 – 4 cm  B5: Vặn từ từ cho đến khi Vôn kế điện tử chỉ 6V (nhớ là vặn từ từ chứ đừng một phát lên 6V luôn  giáo viên mà nhìn thấy thao tác vặn một phát lên 6V là tèn tén ten đấy)  chờ cho ổn định (5 phút) rồi kiểm tra suất điện động E trên bộ hiện thị xem có nằm trong khoảng từ 0.95 đến 1 mV (gần hết thang đo)  nếu không nằm trong khoảng đấy thì chúng ta điều chỉnh núm Rf trên bộ hiển thị  và nếu mà điều chỉnh rồi mà vẫn không lên được thì sử dụng kỹ năng “dí bén” tức là điều chỉnh cảm biến lại gần đèn . Chú ý là có những bộ hiển thị nó lại ghi là mA  không cần quan tâm vì mV hay mA cũng chỉ là tín hiệu điện  cứ đọc như bình thường.  B6: Vặn từ từ về 1V chờ khoảng 5 phút (tuy nhiên theo kinh nghiệm của tôi là cứ chờ hẳn 10 phút cho yên tâm còn đối với các bạn cẩn thận hơn thì chờ hẳn 15 phút cũng được) rồi đọc giá trị U, I, E.  B6: Vặn lên 2V, 3V, 4V, 5V, 6V rồi tiếp tục như B5  sau khi có số liệu thì đưa cho giáo viên kiểm tra  Ok thì về trong trường hợp xấu nhất thì đo lại  GV: Trần Thiên Đức - V2011  B7: Thu dọn hiện trường: o Vặn nguồn về 0 o Tắt các thiết bị như nguồn, đồng hồ hiển thị, vôn kế, ampe kế. o Tháo mạch điện  xếp gọn dụng cụ thí nghiệm.  Tôi đánh giá rất cao các nhóm làm tốt bước 7 vì nó chứng tỏ ý thức làm việc rất nghiêm túc  rất tốt cho công việc sau này của các bạn đặc biệt khi làm việc với người nước ngoài. 4. Xử lý số liệu: - Bài này xử lý số liệu cũng khá đơn giản. - Một số chú ý:  Cách tính Rp:  Tính độ dốc n = tgα  thường khi sử dụng phần mềm vẽ đồ thị như Origin thì chúng ta dễ dàng xác định được ngay. Tuy nhiên, do đòi hỏi về độ chính xác không cao lắm nên chúng ta có thể ước lượng bằng cách sử dụng công thức: Tôi sẽ giải thích kỹ hơn công thức này  giả sử các bạn có bảng số liệu sau: STT lnT lnE 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 Thì các bạn có thể lấy bất kỳ 2 trong 5 giá trị trên để xác định. Ở đây tôi lấy giá trị thứ 1 và thứ 3 chẳng hạn  ta có: Như vậy  hệ số góc của đường thẳng lnE và lnT là 1  không tin cử kiểm tra lại xem . 5. Báo cáo mẫu: GV: Trần Thiên Đức - V2011 ARE YOU OK?  CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^