《低压直流钨丝灯泡灯丝电阻随温度电压变化规律的实验测量和探究ONE》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低压直流钨丝灯泡灯丝电阻随温度电压变化规律的实验测量和探究ONE（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、论论文文题题目 目 低低压压直流直流钨丝钨丝灯泡灯灯泡灯丝电丝电阻随温度阻随温度电压变电压变化化规规律律 的的实验测实验测量和探究量和探究 作者学校作者学校 作者姓名作者姓名 指指导导教教师师 老老师师 研究研究时间时间 2015 9 15 2015 11 15 低低压压直流直流钨丝钨丝灯泡灯灯泡灯丝电丝电阻随温度阻随温度电压变电压变化化规规律律 的的实验测实验测量和探究量和探究 目目 录录 摘摘 要要 I 正正 文文 2 1 引引 言言 2 1 1 问题的提出 2 1 2 研究的目的 2 1 3 研究现状综述 3 1 4 研究的意义 3 2 研究内容研究内容 4 2 1 实验对象 4 2 2
2、 实验仪器和配套设备 4 2 3 实验地点 6 2 4 研究步骤以及相关数据记录 6 3 研究研究结结果及其分析果及其分析 9 4 结论结论 11 参考文献参考文献 12 摘摘 要要 该探究性学习成果系统的实测的研究了额定电压 功率为 24V 15W 的低压 直流钨丝灯泡的灯丝电阻 R 随着灯丝电压变化的规律 以及根据已有公式推算 出对应的灯丝电阻发热温度 并对比利用专业设备 HR2000 光谱仪实测的钨丝 温度数据进行了探究性的初步分析 通过实验数据分析 得出钨丝灯泡的灯丝电 阻会随着所加直流电压明显改变 当灯丝电压为额定电压大约 50 的时候 灯丝 的实际电阻为额定电压下灯丝电阻约 70
3、同时实验发现 灯泡的亮度会随着电 压明显改变 灯丝的亮度跟灯丝本身的温度息息相关 灯丝温度越高越亮 据分 析 这是因为灯丝在不同电压下电阻不同 从而实际的发光功率也不同 灯丝温 度相差比较大 从而发光的效果也会因此改变 根据实验数据测出每个不同大小 电压值下钨丝的电阻 R 我发现 利用低压直流灯泡灯丝金属钨的电阻随着 TR 温度变化的公式 其中为金 1 0 TRTR 0 13 C105 4TTT 属钨的电阻温度系数 为钨丝 0 的电阻 为钨丝的实际温度 利 0 RTCT 0 0 用这个公式可以很容易反推算出的理论灯丝温度 1 即 1 1 0 R TR T 同时 这个理论值对比专业设备光谱仪直接
4、实测的灯丝温度 在接近额定电压 T 的时候吻合的很好 在电压低温时理论和实际偏离的比较大 我分析 教科书上 的钨丝灯灯丝电阻随温度的公式只适合于接近额定电压附近 1 0 TRTR 情况此时钨丝灯泡发光的温度大约在 1500 度以上 而在电压刚开始从零增加的 时候是不符合的 低温时候的电阻随温度公式需要进一步研究来找到符合实际 物理事实的公式 正正 文文 1 引引 言言 1 1 问题问题的提出的提出 钨丝灯泡是比较常见的照明用灯泡 它是利用电流的热效应制成 其工作 原理是 当电流通过灯丝 材料一般为钨丝熔点 3000 以上 时产生热量 螺旋状 的灯丝不断聚集热量 当温度达到 2000 以上时 就
5、会发出可见光 灯丝温度越 高 发出的光就越亮 虽然钨丝灯泡由于发光原理 大量能量用于发热 导致发 光效率底下 耗电量比较大 所以逐步被低耗电高发光效率的节能灯 荧光灯等 冷光源代替 然而 由于低能耗的节能灯 荧光灯发出的光内含相对比较多的紫 外线 对人体体表尤其是青少年视力的影响问题逐步浮出水面 2 曾经被逐步取 代的钨丝灯作为黑体热辐射光源 发出的光有类似太阳的连续光谱性 包含的紫 外线比较少 更适合于青少年读书学习的照明用 所以本研究本研究课题课题本着科学本着科学严谨严谨 的的态态度 以我度 以我们们生活中常生活中常见见的低的低压压直流直流钨丝钨丝小灯泡小灯泡为为研究研究对对象 用象 用实
6、验实验的方法的方法测测 得数据 深入研究得数据 深入研究钨丝钨丝灯泡的核心部件灯泡的核心部件 发发光灯光灯丝丝的的电电阻随着所加阻随着所加电压电压的的变变化化 规规律以及律以及发发光灯光灯丝丝的温度与所加的温度与所加电压电压的数的数值值关系 利用关系 利用课课本本查阅查阅的理的理论论公式推公式推 算算对应对应不同不同电压电压下的灯下的灯丝丝温度以及使用温度以及使用 HR2000 光光谱仪谱仪直接直接测测量所得的灯量所得的灯丝丝温温 度度进进行行对对比研究比研究 从研究结论中进一步得到低压直流钨丝灯的工作规律 实测验 证钨丝灯泡钨丝的电阻温度电阻公式 深入了解这一常见生活用品背后的 TR 物理知
7、识 1 2 研究的目的研究的目的 研究目的 我决定利用两个月的课余时间来从实验角度上 探究低压直流钨 丝灯泡灯丝电阻随温度 电压变化规律以及这些物理量相互之间的关系 该项研 究的实验对象和实验条件较容易选取和构建 我选定了额定电压功率 24V 15W 的低压直流钨丝灯泡作为研究的实验对象 原因如下 1 我的物理背景知识已经具备 物理课本里了解到钨丝灯 一般称之为白 炽灯 的发光原理 也学习了基本的电压电流的基本知识欧姆定律 然而钨丝灯 的灯丝的电阻却是一个随着电压温度变化的物理量 在不同电压下会有不同的 电阻大小 形成这种物理现象的本质是钨丝电阻是随着温度变化的 满足 TRT 0 13 0 C
8、105 4 1 TTTTRTR 这些信息我通过查阅物理课CTTCR 00 00 为灯丝实际温度 的钨丝电阻 是 本和习题以及网络上的期刊都得到了 基本的欧姆定律的分压法电路我也学过 了 所以我想通过自己连接电路并实测获得一手的实验数据来了解这一点 2 研究器材 场所条件具备 和研究预计所需时间合适 探究实验所需要 的器材和场所 爸爸工作单位的实验室已经具备 关于重要的专业设备 HR2000 光谱仪 爸爸和他的同事教我学会了简单入门的测试方法 也比较容易掌握 我 预计利用 3 4 个周末时间到实验室做实验 所有不同研究对象的所有相关数据的 采集只需要 6 8 小时完成 之后的数据分析和相关图表等
9、结论的生成大致需要 3 4 周的周末时间就可以 3 考虑到实验的安全性 选择了低压直流额定电压 功率分别为 24V 15W 低压直流钨丝灯泡 据查资料 它的工作电压 24V 在人体安全电压 36V 以下 1 3 研究研究现现状状综综述述 钨丝灯作为人类最早的照明电器在历史上起到了不可或缺的作用 关于 低压直流钨丝灯的电阻也有前人做了很多系统研究 1 3 本项研究利用实验的 方法直接测量了低压直流钨丝灯的电阻随电压和温度变化的规律 以及利用理 论推算不同电压下的灯丝温度和实测灯丝温度的对比 通过查阅相关文献 知道 现无任何研究机构个人做过这方面的实验研究 所以 本课题有一定创新性 原 创性 1
10、4 研究研究的意的意义义 本项研究 利用实验的方法直接测量了 24V 15W 低压直流钨丝灯的电阻随 电压和温度变化的规律 以及利用理论推算不同电压下的灯丝温度和实测灯丝 温度的对比 可以进一步验证钨丝电阻的随温度变化的物理特性 并根据 TR T 实验数据的结果来推测出更符合实际情况的钨丝电阻随温度变化公式 TR 2 研究内容研究内容 2 1 实验对实验对象象 额定电压 功率分别为 24V 15W 钨丝灯泡 图 1 实验所测低压直流钨丝灯泡 2 2 实验仪实验仪器器和配套和配套设备设备 图 2 精度 0 5 的直流电流表 1 个 直流电压表 1 个 图 3 滑线变阻器 1 个 图 4 HH17
11、13 型直流稳压电源 1 个 图 5 数字万用表 1 个 图 6 HR2000 光谱仪及测试探头和光纤 导线若干 计算机和处理软件 Microsoft office EXCEL 2 3 实验实验地点地点 青岛理工大学嘉陵江校区物理实验中心电学实验室 303 房间 2 4 研究步研究步骤骤以及相关数据以及相关数据记录记录 2 4 1 电电路原理路原理图设计图设计 额定电压 功率为 24V 15W 规格钨丝灯泡根据公式初步估计电阻 P U R 2 分别为根据物理课本的基本知识 我选择电流表外接的分压法电路 原理 4 38 图如图 7 所示 图 7 分压法外接测试电路图 实验实物连接原理示意图如图
12、8 所示 图 8 分压法外接测试实物连接示意图 我自己动手连接的实验实物连接原理实拍照片如图 9 所示 图 9 分压法外接测试实物连接实拍照片 2 4 2 24V 15W 灯泡灯泡实测实测数据数据 将实验室拉上窗帘 关闭照明电源 尽量减少杂光 室温为 15 6 此时的 灯泡电阻阻值直接用数字万用表测量为 根据公式带入 8 3 1 0 TRTR 可以算出 0 时钨丝灯泡的钨丝电阻 55 3 6 150045 0 1 6 15 0 R R 所以对应的钨丝温度T 1 282 0 2 2221 55 3 0045 0 1 1 1 0 TR TR R TR T 然后 连接好电路 移动滑线变阻器 将初始灯
13、泡电压 V 设置为零 电压表 量程选择为 30V 电流表量程选择为 750mA 打开稳压电源开关 逐步移动滑线 变阻器 改变灯泡上的电压 分别从 0V 2 0V 4 0V 为间隔 记录对应的电流数 据 同时打开 HR2000 光谱仪的电源 连接到电脑 USB 插口 运行配套的测试 软件 将光谱仪的测试口对准灯丝 读出对应的温度 如表 1 所示 序号 项目 0123456789101112 电压值 U V 0 02 04 06 08 010 012 014 016 018 020 022 024 0 电流值 I mA 0210265310345380415445475505525555589 电
14、阻 R 3 89 515 119 423 226 328 931 533 735 638 139 640 7 实测灯 丝温度 T 12 5 205 8 400 5 678 9 900 8 1200 7 1455 8 1698 8 1856 5 1985 7 2100 4 2254 6 2335 8 理论推 导灯丝 温度 T 15 6 372 5 723 0 992 2 1230 0 1424 1 1586 9 1749 6 1887 3 2006 3 2162 8 2256 7 2325 5 表 1 24V 15W 灯泡数据 3 研究研究结结果及其分析果及其分析 本实验研究中 综合以上数据 2
15、4V 15W 灯泡的电阻 R 大小随着电压 U 变 化曲线图如图 10 所示 24V 15W钨 丝 灯 电 阻 电 压 特 性 曲 线 图 0 0 5 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 0 02 04 06 08 010 0 12 0 14 0 16 0 18 0 20 0 22 0 24 0 26 0 电 压 U V 电 阻 R 欧 姆 图 10 24V 15W 灯泡的电阻大小随着电压变化曲线图 图中可以明显看出 随着钨丝灯泡上的电压增加 电阻是明显增加的 从 0V 一 直到额定电压 24V 钨丝电阻从 3 8 欧姆增加到了 40 7 欧姆
16、当灯丝电压为额定 电压大约 50 的时候 灯丝的实际电阻为额定电压下灯丝电阻约 70 24V 15W 灯泡的电阻 R 大小随着实测温度变化曲线图如图 11 所示 灯 泡 钨 丝 电 阻 随 温 度 变 化 曲 线 图 0 0 5 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 0 0500 01000 01500 02000 02500 0 钨 丝 温 度 度 电 阻 R 欧 姆 图 11 24V 15W 灯泡的电阻大小随着灯丝实测温度变化曲线图 从图中可以明显的看出来 灯丝温度从室温 15 8 上升迅速 到了额定电压 的时候 温度高达 2335 8 可以预计的是 如果继续增加电压 温度会进一步上 升 当超过了钨丝的熔点 3000 以上的话 灯丝就会融化烧断了 另外 这张图 中的钨丝的电阻 与温度之间 并不是简单的线性关系 而我查阅的公式 可以很容易看出来电阻和温度的理论曲线应该是一条直线 1 0 TRTR 温度 1500 左右以上的数据还能连成一条直线 但是低温的时候数据点连起来 明显是一条弯弯的曲线 在做实验测数据的过程中 我同时发现了一个很奇怪
