Teplotní závislost odporu vlákna žárovky

Na setkání jsme si vyrobili pomůcku inspirovanou Zdeňkem Hubáčkem, kterou jsme vylepšili o možnost měření protékajícího proudu a měření odporu. Vlákno velké žárovky je sériově připojeno k malé žárovce. Chlazením wolframového vlákna (například foukáním) nebo naopak zahřátím vlákna zapalovačem ovlivňujeme odpor vlákna, tedy i protékající proud a malá žárovka se buď více rozsvěcuje, nebo zhasíná. Tato pomůcka tedy krásně ukazuje závislost odporu kovového vodiče na teplotě.

Zapojení dále můžeme použít pro výpočet teploty svítící 100 W žárovky, malé žárovky i teploty vlákna 100 W žárovky v zapojení, kdy svítí pouze malá žárovka.

Potřebné pomůcky:

Žárovka 230 V / 100 W s wolframovým vláknem, objímka na žárovku

Malá žárovka 3 V , 300 mA, objímka

podložka, páječka, tavná pistole, vodiče

proudový zdroj nebo pokud není, tak v nouzi 9 V baterie 

Nejprve opatrně odstraníme z velké žárovky skleněnou baňku a použijeme objímku s vláknem. Pro odstranění nahřejeme opatrně nad ohněm sklo v blízkosti závitu (žárovku držíme za sklo) a po prohřátí vložíme do vody. Teplotním šokem praskne nahřáté sklo. Poté opatrně odstraníme zbytky skla.

Obě objímky připevníme na dřevěnou destičku a vyvedeme z nich vodiče s krokosvorkami. Krokosvorky jsou zde k tomu, abychom mohli nezávisle měřit odpor obou žárovek a měřit proudy, nebo propojit obvod a použít jej jako demonstrační pomůcku.

Příklady na výpočty teplot, které realizujeme s vyrobenou pomůckou (je potřeba změřit odpory malé žárovky a velké žárovky za studena), v našem případě R0m = 2 ohm, R0v=40 ohm.

Zadání:

a) Vypočítejte teploty vlákna malé 3,5 V (m) žárovky a velké 230 V (v) žárovky, pokud vlákno malé žárovky žhne - je na hranici svitu

b) svítí bíle (svítí na maximum).

součinitel elektrického odporu alfa = 4,1x10^(-3) K^(-1), odpor malé žárovky za studena 2 ohm, velké žárovky za studena 40 ohm.

c) jakou teplotu má vlákno 100 W žárovky, pokud je připojena na 230 V.

Výsledky:

a) vlákno malé žárovky má teplotu cca 740 °C, velká žárovka je na hranici chyby měření

b) vlákno malé žárovky má teplotu cca 2100 °C, vlákno velké žárovky má teplotu cca 355 °C

c) teplota svítící 100 W žárovky je za předpokladu linearity alfa podle našeho výpočtu cca 3000 °C, což vypadá poměrně rozumně.

Podrobný výpočet je zde: