Doświadczenie Żarnik z grafitu

1. DoświadczenieŻarnik z grafitu

2. Hipoteza Czy żarnik w żarówce mógłby być wykonany z grafitu? Dlaczego rysik zaświeci po podłączeniu do źródła prądu?

3. Historia żarówki Pierwsze światło elektryczne rozbłysło w 1801r. kiedy to Anglik Humphry Davy podłączył do prądu platynowy drut. Niestety był to zły pomysł, ponieważ drut się szybko spalał, a platyna była droga. Uważa się, że pierwszą prawdziwą żarówkę zbudował Niemiec – Heinrich Gobel w 1854r. W zamkniętej szklanej bańce umieścił żarnik ze zwęglonego bambusa. Jego pomysł jednak nie nadawał się do codziennego użytku, gdyż świeciła zbyt krótko. Wreszcie w 1850r Joseph Wilson Swan wykonał żarówkę z żarnikiem z grafitu, było to bardzo duże odkrycie. Natomiast w 1879r. Thomas Alva Edison opatentował żarówkę o podobnej konstrukcji żarówki Swana, lecz do swojego wynalazku użył żarnika ze zwęglonego włókna bawełnianego. Dopiero w 1880r Aleksander Łodygin wykorzystał wolframowy drucik jako żarnik. W późniejszych latach Swan i Edison założyli firmę produkującą żarówki. Joseph Wilson Swan Thomas Alva Edison

4. Opór materiału z którego wykonany jest żarnik • W żarówce wykorzystywano żarniki wykonane z materiałów posiadających duży opór elektryczny. • Opór elektryczny jest to odwrotność przewodności elektrycznej, czyli stosunek napięcia do natężenia prądu. Opór zawsze ma wartość stałą. • Każdy materiał posiada charakterystyczną oporność omową, czyli wielkość charakteryzującą reakcję ośrodka na przepływ prądu elektrycznego. • Opór przewodnika zależy od jego długości i pola powierzchni przekroju oraz rodzaju użytego materiału (jego oporu właściwego ς).

5. Dlaczego dziś nie ma żarówek z żarnikiem grafitowym? • Aby na to odpowiedzieć przeprowadziłyśmy następujące doświadczenie:

6. Potrzebne materiały: • Do doświadczenia użyliśmy następujących materiałów: • Rysiki z ołówka • Akumulator • Kable zapłonowe lub kable z głośnika • Miernik

7. Opis Doświadczenia Na początku rysik owinęłyśmy rozdwojonym kablem zapłonowym. Następnie kabel podłączyłyśmy do akumulatora. Zbadałyśmy miernikiem natężenie prądu przepływającego przez grafit oraz napięcie elektryczne występujące na jego końcach - na początku doświadczenia i w jego trakcie. W wyniku przepływu prądu przez rysik, zaczął się onpalić. Po przepaleniu ołówka bezpiecznie odłączyłyśmy kabel.

8. Przebieg Doświadczenia

9. Obserwacje Po podłączeniu do akumulatora rysik zaczął się palić i świecić. Wydobywał się z niego gaz, mający białą barwę i charakterystyczny zapach. Był to CO2 . C + O2 → CO2 ↑ Po 10 s rysik się przepalił i został zwęglony.

10. Wyniki pomiaru dokonanego w trakcie doświadczenia: Natężenie: I1 = 11,43A I2 = 11,56A Napięcie: U1 = 0,22V U2 = 0,18V I1 ,U1- przy załączeniu I2 , U2– przy rozżarzeniu

11. Niepewność pomiaru • Różnica pomiędzy wartością pewnej wielkości uzyskaną w wyniku pomiaru a rzeczywistą wartością tej wielkości. • Niepewność pomiaru miernika uniwersalnego dla pomiaru natężenia 10 mA • Niepewność pomiaru miernika uniwersalnego dla pomiaru napięcia 100 µV • Pomiary mierzyłyśmy miernikiem firmy Master. • Niepewność pomiaru dla długości rysika 1 mm

12. Wyniki pomiaru

13. Obliczenia W = I ∙ U ∙ t W = Eel W1 = 11,43A ∙ 0,22V ∙ 10s = 25,146J W2 =11,56A ∙ 0,18V ∙ 10s = 20,808J R = R1= R2 = R = ς ∙ /∙ ς = ∙ R U I 0,22 V = 0,019Ω 11,43 A 0,18 V = 0,015Ω 11,56 A I s s I s I

14. 37mm2 ςC = ∙ 0,019Ω = 0,0023 Ω*mm 300mm ςW = 0,00054 Ω*mm q I = / ∙ t t q = I ∙ t q = 11, 43A ∙ 10s = 114,3 C q W = U ∙ I ∙ t = U ( ) ∙ t t W = Eel Eel = U ∙ q E = 0,18V ∙ 114,3C = 20,574J ▲Eel = ▲Ew E w = 25,146J – 20,808J = 4,338J

15. Wnioski Rysik jest substancją słabo przewodzącą prąd. Przez rysik przepływa prąd (Eel). Dzięki oporowi rysika 0,019Ω, zaczyna się nagrzewać, a następnie palić (Q), przez co Eel zmniejsza się, za to wzrasta Ew. Energia elektryczna zmienia się w energię cieplną wysyłając fale elektromagnetyczne. Gdy atomy metali przez ogrzanie zostaną wprowadzone w stan pobudzenia, wtedy emitują promieniowanie o różnej długości fal. Jest to promieniowanie obejmujące szeroki zakres częstotliwości, przy czym maksimum widmowe w tym zakresie przypada na tym większe częstotliwości (mniejsze długości fal), im wyższa jest temperatura danego ciała. Człowiek widzi falę o częstotliwości 1014 – 1015Hz

16. Wszystkie ciała o temperaturze wyższej od 0 K emitują promieniowanie cieplne. • Światło emitowane jest kosztem Ew drucika rozgrzanego na skutek przepływu prądu elektrycznego. • Energia elektryczna przechodzi w energię cieplną. • Grafit nie może zastąpić żarnika wykonanego z wolframu, gdyż wolfram ma wysoką temp. topnienia (3665 K), niewielką prędkość parowania i korzystny skład widmowy emitowanego promieniowania, dzięki czemu żarówka wolniej się przepala niż w przypadku żarnika z grafitu (temp. Topnienia 1000K) • W żarówce żarnik szybko stygnie dzięki transportu ciepła przez promieniowanie.

17. Bibliografia: „Bardzo ilustrowana historia wynalazków” Anna Claybourne, Adam Larkum. Wyd. Papilion, Poznań 2007 „Nowa Encyklopedia powszechna PWN” , wyd. PWN, Warszawa 1995 Fizyka dla szkół średnich, A. Czerwnińska, B. Sagnowska wydawnictwo ZamKor Kraków 1999 Szkolny słownik fizyczny wydawnictwo Wideograf II Katowice wrzesień 2001  Krzysztof Wójcik i Jerzy Stasz Historia fizyki wydawnictwo naukowe PWN, Andrzej Kajetan Wróblewski warszawa 2006 fizyka i a astronomia dla każdego wydawnictwo ZamKor, pod redakcją Barbary Sagnowskiej, Kraków 2007 www.info.fuw.edu.pl www.uczenzklasa.gazeta.pl/ www.sciaga.pl www.brasil.cel.agh.edu.pl http://www.fizykon.org

18. Dziękujemy za uwagę Wykonały: Patrycja Szklarz, Agnieszka Harkabuz Uczennice klasy IIa Gimnazjum nr 1 im. Ojca Świętego Jana Pawła II 34-721 Raba Wyżna 65 Nauczyciel mgr Wiesława Wiatrak