Feladat: 31. fizika mérési feladat Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Balogh László ,  Bazsó László ,  Dely Sándor ,  Gajdos Sándor ,  Grédics Gyula ,  Horváth István ,  Kucsera Gábor ,  Kuna János ,  Kunsági Máté Sándor ,  Lóczi Géza ,  Paróczai Dezső ,  Varga Kálmán ,  Ördög Tamás 
Füzet: 1980/április, 190 - 191. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Hőtani mérés, Elektromos mérés, Stefan--Boltzmann-törvény, Hővezetés, Ellenállás hőmérsékletfüggése, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1979/december: 31. fizika mérési feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Az izzólámpa spirálja wolframból készül, így, mint minden fémre, nagy hőmérséklet-tartományban igaz az

R=R20(1+αΔt)(1)
összefüggés, ahol R a t hőmérsékleten mért ellenállás, R20 az ellenállás 20∘C-on, azaz szobahőmérsékleten, és Δt=t-20∘C. Az α együttható a fém hőfoktényezője.
Grédics Gyula (Nagykanizsa, Landler J. Gimn., IV. o. t.) mérési adatai alapján bemutatjuk egy 220 V-os, 100 W-os izzólámpa esetében az üzemi hőmérséklet mérését.
Az üzemi hőmérséklet meghatározásához elegendő lemérni a minta ellenállását üzemi feszültségen és egy ismert hőmérsékleten. Ezekből az adatokból a hőfoktényező ismeretében kiszámítható az üzemi hőmérséklet.
220 V feszültségen (amit a feszültségmérővel ellenőrzött), az izzó 0,43 A áramot vett fel. Ekkor a teljesítménye 220 V⋅0,43 A=95 W, amely érték elég közel van a névleges 100 W-hoz. Üzemi ellenállása a mérés bizonytalanságával együtt
R=(512±5)Ω.

Nagyobb problémát jelent az izzólámpa spiráljának ismert hőmérsékleten történő megmérése. Szobahőmérsékleten már kis áram is melegítheti a mintát, így hőmérséklete már nem ismert. Ezen úgy lehet segíteni, hogy több kis feszültségértéknél mérjük az ellenállást.
 
 

Grédics Gyula az ábra szerinti kapcsolást állította össze. A feszültséget egy 30 V-os tápegységből vette, az áramot és a feszültséget UNIVEKA típusú műszerrel mérte. A mérés adatait a táblázat foglalja össze.
 

|U(V)0,090,180,260,340,420,510,600,690,76|I  (mA)2,214,416,418,41   10,6112,6114,6116,6119,81|R(Ω)40,9140,9140,61   40,5139,6140,51  41,1141,0140,91
 

A számított ellenállásadatokból látszik, hogy ebben az esetben felesleges a feszültségmérő műszer 20 kohmos ellenállását korrekcióba venni. A mérés során a legnagyobb feszültségnél (0,76 V) sem látszik még lényeges ellenállás-növekedés, amit az izzószál hőmérsékletének emelkedése okozna. Így a hidegellenállás átlagos értéke
(40,5±1)Ω.
Felhasználva a táblázatból vett α=4,4⋅10-2 1/∘C értéket
t=R-R20αR20=2650∘C.
Ebből az izzólámpa hőmérséklete:
T=2650∘C+20∘C=2670∘C.
A mérés hibáját figyelembe véve:
T=(2670±50)∘C.

A legnagyobb hibát valószínűleg a felhasznált (1) összefüggés közelítő volta okozza, de feladatunkban a hőmérsékletet csupán becsülni kellett.
Kisfeszültségű izzónál nem lehet ilyen könnyen mérni a hidegellenállást, mivel már a kis feszültség hatására is melegszik a minta. Ilyenkor a legcélszerűbb eljárás ábrázolni a mért ellenállást a feszültség vagy áram függvényében. Folytatva a görbe menetét 0 V feszültségig, illetve 0 A áramig, a görbe a tengelyen kimetszi a hidegellenállás értékét.
Kisteljesítményű lámpánál előfordult, hogy figyelembe kellett venni a műszerek belső ellenállását itt.
Horváth lstván (Debrecen, KLTE Gyak. Gimn., III. o. t.) a hidegellenállásnál a melegedést úgy kerülte el, hogy a vizsgált villanylámpáról óvatosan leszedte a burát, és olajba merítve mérte az ellenállást. Ez a módszer az olaj melegítésével lehetővé tette a hőfoktényező meghatározását is.
Kunsági Máté Sándor (Nagykanizsa, Landler J. Gimn., III. o. t.) az izzószálat olvadáspontjáig hevítette. Az olvadáspont és az olvadásponton mért ellenállás ismeretéből, valamint a hidegellenállásból határozta meg a hőfoktényezőt.