svartkroppstrålning/experiment (Fysik/Allmänna diskussioner)

Stoppa in ett metallföremål i en gaslåga. Det glöder rött. Detta är svartkroppsstrålning.

ka du ge exempel på vilken typ av metal föremål?,kan du ge mig en labrationsbeskrivning på hur eller ska jag bara undersöka metal föremål i ?

Just eftersom det är svartkroppsstrålning spelar det ingen roll om det är järn eller platina, det är bara temperaturen som påverkar.

jag har sökt på internet hittar inte labrationer/experiment om svartkroppstrålning med med förklaring på hur jag ska utföra vill ha en experiment som redan finns

”Undersöka svartkroppsstrålning” är inte särskilt konkret. Vad är det egentligen som du vill undersöka?

jag ska skriva en naturvetenskaplig rapport och behöver besvara mina frågeställningar vad är svartkropps strålning? Vad är det egentligen för något? genom också utföra ett experiment /labration som jag tänkt beskriva utförligt stegvist

Vad har du tillgång till för utrustning?

Om du har en spektrometer så kan du mäta temperaturen på glödtråden i en glödlampa för olika strömmar.

Om du har tillgång till en så kallad "värmekamera" så kan du göra en massa roliga grejer.

Vilken nivå är detta på?

det är på gymnasienivå finns det labrationer som redan finns om svatkroppstrålning vill ha en instruktion beskrivning

MELINA_0111 skrev:
det är på gymnasienivå finns det labrationer som redan finns om svatkroppstrålning vill ha en instruktion beskrivning

Om du skall göra en laboration är det bäst att du frågar din lärare om hjälp. Vi som svarar här har ingen chans att veta vilken sorts laborationsmateriel som finns på din skola.

min lärare har sagt vi har tillhång till labrationsal det finns gaslåga i labration salen,jag tänkte om vi lägger en metalföremål t.e.x en spik och håller det med en föremål mot en gaslåga plata funkar det som experiment eftersom vi har i labbsal en gaslåga som man kan värma en som platta också

Visst kan du bränna metall och generera svartkroppsstrålning, men frågan är vad du vill mäta (och hur)?

vill mätta temperaturen ? mer är osäker på vad jag ska använda spektrometer,värmekamera vill använda nåt som ger mig mätvärden eftersom detta är en fördjupningsarbete i fysik måste jag också använda mig avformel för kunna beräkna och påvisa min labb

funkar denna för undersöka svatkroppsstrålning

Framställa lödtenn
Använd gärna bly du själv framställt i experimentet "Att göra bly", eller skaffa bly på annat sätt.
Lodet ska innehålla 60 % tenn och 40 % bly (viktsprocent). Beräkna hur mycket tenn du behöver till den mängd bly du har.
Blanda tenn och blyet i en porslindegel.
Sätt degeln i en triangeln på kokringen. Tänd brännaren och värm degelns botten tills blyet och tennet smälter samman.
Försök att bilda en lödstång under svalningsprocessen.
Låt tennet svalna.
Prova att löda samman eletriska komponenter. Tag t ex 5 st 10 Ω (ohm) elektriska motstånd och en lödkolv. Löd ihop motstånden till en seriekrets, motståndsmät och se att ditt lödtenn har fått de rätta elektriska egenskaperna.

Nej, lödtenn har för låg smältpunkt för att man skall kunna se någon svartkroppsstrålning.

Du skulle kunna verifiera Stefan-Boltzmanns lag genom att ansätta följande samband:

$P=\frac {\Delta E}{\Delta t}=\epsilon A\sigma T^n$

P=utstrålad effekt, E=energi, t=tid, $\epsilon$ =emissivitet, A=metallbitens omslutningsarea, $\sigma$ =Stefan-Boltzmanns konstant, T=temperaturen, n=konstant.

Det du är ute efter att bestämma är emissiviteten $\epsilon$ och konstanten n.

Hetta upp metallbiten i gaslågan under en viss tid. Släpp omedelbart metallbiten i en termos med vatten av känd temperatur. Mät hur mycket temperaturen har ökat. På så sätt kan du räkna fram ett ungefärligt värde på metallbitens temperatur.

Upprepa försöket 3-4 gånger men håll då metallbiten utanför lågan i ett par sekunder innan du släpper ner den i termosen. Låt den svalna i luften olika långa tider vid varje försök, men håll dig i alla fall inom några sekunder.

Nu vet du hur lång tid det tog för metallbiten att svalna till en viss temperatur. Så länge den är glödande het kommer strålning att dominera och du kan bortse från ledning och strömning. Du kan räkna ut hur mycket energi metallbiten förlorar mellan två tidpunkter och räkna ut en medeleffekt mellan dessa punkter.

Baserat på detta kan du uppskatta värdena hos konstanterna, fast hur du ska göra det får du klura på själv.

Min temperatur för början är V(från början)=22 grader och den ökar efter lagt spiken inne till

och andra temperaturen blir då v0=42 grader

ska jag räkna ut energiin med denna formel w=CM multiplicera med delta T

får då att värmekapacitet för järn är 450 j/kgk från spiken räknar då W=450 multiplicera med 0,013 som blir 177 energi vet inte vilken enhet och vad menas med metalbitensomslutningsarea ??

Du måste träna på att redovisa hur du tänker så att det blir möjligt att följa din tankegång.

Spiken avger energi (Q_avgiven) enligt:

$Q_{avgiven}=m_{spik}C_{Fe}(T_{spik}-22^oC)$

Samtidigt tar vattnet upp energi (Q_upptagen) enligt:

$Q_{upptagen}=m_{vatten}C_{vatten}\cdot (42^oC-22^oC)$

Dessa två ekvationer ska vara lika med varandra:

$m_{spik}C_{Fe}(T_{spik}-22^oC)=m_{vatten}C_{vatten}\cdot (42^oC-22^oC)$

EDIT: Det smög sig in ett litet fel här. Se korrigering i mitt inlägg nedan.

Utifrån detta samband kan du bestämma spikens temperatur innan den kyls ner av vattnet.

(Vill du räkna riktigt noggrant så tar du hänsyn till termosens värmekapacitet)

vad menas med metalbitensomslutningsarea

Spikens yta. Du kan nog anta att spiken har formen av en cylinder med en viss diameter. Då har du tre ytor att ta hänsyn till - mantelytan samt "botten" och "locket".

omslutningsarean ska jag räkna ihop mantelytan,botten och locket tillsammans dvs plusa ihop när jag beräknat enskild dessa ytor till en yta

Japp

dessa värden fick jag såhär gjorde ag mätte järnspiken h=22mm milimeter och radien =0,05mm och arean av en cirkel =pi gånger radien upphöjt till två fick då A=0,007539816 ,matelytan=2r multiplicera med pi gånger höjden fick Mantelyta= 6,91150338 .sen total arean som är 2r multiplicera med pi multiplicera med höjden plus pi multiplicera med radien upphöjt till 2 .plusa sedan alla ytor ihop nedan fick omslutningsarean till spiken till 13,98 mm

sen tog Arean+mantelya+totalarean=13,98799129 mm

Det är helt omöjligt att följa vad du skriver. Hade spiken verkligen radien 0,05 mm? Då var den tunnare än en nål. När du ska räkna ut totala arean anger du svaret med enheten millimeter, trots att det är enheten för en sträcka (inte en area).

Strukturera upp dina tankar och kontrollräkna allt.
Skriv tydligt hur du räknar och vilka formler du använder.
Om du tycker att det är svårt att skriva in formlerna på datorn kan du ta ett foto av dina beräkningar och ladda upp dem istället. Se här hur man gör det: länk

radie
Acirkel=π⋅r2
Mantelyta=2r x π x h
totalarea= 2r x π x h + π x r2
spikens längd 22 mm
spikens radie=?
vet inte hur jag ska beräkna radien på spiken
får diametern till 1cm på bottenlocket av spiken r är väll då r=d/2 eller?

din andra fråga spikens temperatur får denna samband

Tspik=mvatten x Cvatten +22 grader celcius/mspikX CFe x (42-22)

kollade upp C för vatten det finns två olika Cv= 4190 (kj/kg x k) och Cp=751127 j (mol x k) vet ej vilken som ska användas massa vatten =? hade 1 liter vatten i termosen antar det blir 1000g/cm3

mvatte=1000g/cm3 Tspik blir då

Tspik=m(vatten)x C(vatten)+22 grader celcius/mSpik x C(Fe) x (42-22)

=1000 x 4,190 /0,013 x 450 x (42 - 22) grader celcius

MELINA_0111 skrev:
spikens radie=?
vet inte hur jag ska beräkna radien på spiken

Du måste mäta spikens diameter, t.ex. med en linjal eller ett skjutmått.

MELINA_0111 skrev:
din andra fråga spikens temperatur får denna samband
Tspik=mvatten x Cvatten +22 grader celcius/mspikX CFe x (42-22)
kollade upp C för vatten det finns två olika Cv= 4190 (kj/kg x k) och Cp=751127 j (mol x k) vet ej vilken som ska användas massa vatten =? hade 1 liter vatten i termosen antar det blir 1000g/cm3
mvatte=1000g/cm3 Tspik blir då
Tspik=m(vatten)x C(vatten)+22 grader celcius/mSpik x C(Fe) x (42-22)
=1000 x 4,190 /0,013 x 450 x (42 - 22) grader celcius

Du ska använda värdet på C uttryckt per kilogram vatten, dvs 4190 kJ/(kg*K)

m_vatten står för vattnets massa (i kilogram), inte vattnets densitet. Om du använde en liter vatten så har du att m_vatten=1 kg.

Jag får ganska orimliga värden när jag räknar ut temperaturen. Ökade verkligen temperaturen med 20 grader?

Teraeagle skrev:
Du måste träna på att redovisa hur du tänker så att det blir möjligt att följa din tankegång.
Spiken avger energi (Q_avgiven) enligt:
$Q_{avgiven}=m_{spik}C_{Fe}(T_{spik}-22^oC)$
Samtidigt tar vattnet upp energi (Q_upptagen) enligt:
$Q_{upptagen}=m_{vatten}C_{vatten}\cdot (42^oC-22^oC)$
Dessa två ekvationer ska vara lika med varandra:
$m_{spik}C_{Fe}(T_{spik}-22^oC)=m_{vatten}C_{vatten}\cdot (42^oC-22^oC)$
Utifrån detta samband kan du bestämma spikens temperatur innan den kyls ner av vattnet.
(Vill du räkna riktigt noggrant så tar du hänsyn till termosens värmekapacitet)
vad menas med metalbitensomslutningsarea
Spikens yta. Du kan nog anta att spiken har formen av en cylinder med en viss diameter. Då har du tre ytor att ta hänsyn till - mantelytan samt "botten" och "locket".

Har gjorde jag en liten miss i beräkningen. Såhär ska det stå:

$Q_{avgiven}=m_{spik}C_{Fe}(T_{spik}-42^oC)$

$m_{spik}C_{Fe}(T_{spik}-42^oC)=m_{vatten}C_{vatten}\cdot (42^oC-22^oC)$

Jämviktstemperaturen är ju 42 och inte 22 grader.

jag använde mig av en välldig liten järnspik ,räknade ut diametern på locket av denna spik som var 0,7cm då r till r =0,35

sen får jag Tspik ca 35 gradercelcius såhär gjorde jag

Tspik=mVatten x Cvatten +42/mSpikCFe x (42-22) = 1 x 4190 + 42/0,013 x 450 x 42-22)

så gjorde jag fick Tspik=36

kan du visa vilka formel jag ska använda för beräkna omslutningsarean för spik är det arrean av en cirkel + mantel yta + total arean som jag ska addera för få omslutningarean för spik det då alla ytor? jag hittar

Varifrån får du alla värden? Det är nya värden hela tiden. Först var radien 0,05 mm och nu är den 0,35 cm.

Vi hjälper dig gärna men det är rätt meningslöst när du inte är konsekvent med vad du egentligen har mätt upp.

jag råka göra ett mätningsfel radien är 0,35cm ber om ursäkt det va slarvfel från min sida,jag mätte locket på spiken diametern var 0,7cm delade sen med 2 för att få radien

Var vattnets temperatur verkligen 42 grader efter att du släppte ner spiken? I så fall skulle lågan ha en temperatur på över 14 000 grader vilket inte är rimligt.

måste ha gjort nån mättningsfel,skrev att slutemperaturen va 42 jag måste menat innan att temperaturenfrån början va 20 grader står så i mina anteckningar ,vad är inte rimligt ?om man värmer upp järnspiken i lågan tills hela spiken har samma temperatur som lågan är inte svaret rimligt? kan d visa exempel på hur du löst så jag kan se om jag missat nåt i mina mätning& uträkning när jag lägger järnspisen i vattnet så avkyls järnspisen i vattnet det vad jag sett från när jag utförde labrationen

Ja, men det är inte rimligt att temperaturen ökar så pass mycket om du har använt en liter vatten. Någonstans har du gjort fel, men det går inte att säga exakt var utan det måste du kontrollera själv alternativt göra om laborationen.

Kontrollera:

Spikens massa och diamater
Mängden vatten
Hur mycket vattnets temperatur förändras

okej ska göra om labbrationen men undrar spelar det någon roll vilken temperatur jag värmer järnspiken till kan jag värma järnspiken till 25 grader celcius och sen lägga i vatten för undersöka temperatur skillnad? vet redan det avsvalnar i vattnet

Som jag förstod det (tillika det som är tanken) så hettade du upp järnspiken i en gaslåga? Då kommer järnspiken att nå samma temperatur som lågan och den är betydligt högre än 25 grader.

ja det vad jag menar hitta en liknande uppgift dem löste så här

Man värmer 240g järnspik till 25 C i och häller ner dem i 160 g 18-gradigt vatten.
Värmekapacitiviteten för järn är 0,460 kJ/(kg*K). Vilken temperatur får järnspiken?

C(järn) x m(järn)(T(0) järn-T)=Cvatten x m(vatten)X (T-T(0) vatten)
T(0) järn=25 grader celcius och T(0)vatten=18 grader celcius
Järnbiten kommer svalna och vattnet kommer bli lite varmare.

gjorde om labrationen då jag valde värma järnspiken som har massan ,m=0,240kg till 25 grader celcius i gaslågespisen lägger sedan ner järnspiken i 160 g ,18 graders celcius vatten.temperaturen för järnspik i början var T=25 grader celcius och efter jag lagt i termosen i vatten blev temperaturen 28grader celcius

första tidpunkt t=2 sekunder andta t2=4 sekunder

spikens längd =22mm

får diametern D=1cm =0,1mm r=0,05mm det var en relativ liten järnspik räknade r och diametern utifrån locket på järnspiken ser mina vätvärden rimlig ut?

Nu skriver du obegripliga saker igen. Vägde verkligen spiken 240 gram? I går vägde den ju 13 gram.

Var spikens diameter 1 cm eller 0,1 mm? Det är inte samma sak.

Däremot verkar temperaturökningen mer rimlig den här gången.

Om du värmde spiken till 25^oC så

har det ingenting med svartkroppsstrålning att göra - då behöver temperaturen vara minst 1000 grader ungefär
är det omöjligt att vattnet blev varmare än 25^oC

tänker ibland lite för snabbt det gör att jag gör slarvfel järnspiken väger 13g utgick från en annan massa som hade använts i en annan experiment men om vi räknar med att massan är m=13g utan att jag lgger till nya värden eller gör om hur ska jag gå till väga härifrån med vilken formel ska jag beräkna järnspikens temperatur?

kan jag räkna ut Tspik såhär

Tspik=Tspik=m(vatten)x C(vatten)+25 grader celcius/mSpik x C(Fe) x (28-25)
=0,160 x 4190 /0,013 x 450 x (28 - 25) grader celcius ?? ser det bra ut känns som jag fastnar

Om du blandar något som är 18 grader varmt och något som är 25 grader varmt så kommer blandningstemperaturen att ligga mellan 18 och 25 grader. Det är helt omöjligt att temperaturen blir 28 grader.

Teraeagle skrev:
Däremot verkar temperaturökningen mer rimlig den här gången.

Nej, temperaturen kan inte bli varmare än 25 grader om spiken är 25 grader varm, som det står.

Smaragdalena skrev:
Teraeagle skrev:
Däremot verkar temperaturökningen mer rimlig den här gången.
Nej, temperaturen kan inte bli varmare än 25 grader om spiken är 25 grader varm, som det står.

Sant. Det jag menade var att det är mer rimligt att vattnet värmdes från 18 till 25 grader.

aha tror jag fattar vaddu menar temperaturen måste ligga mellan då järnspiken svalnar efter den lägts i vatten så temperaturen ska va lite högren 25 och mindren 28 och eftersom om jag värmer spiken till 25 grader celcius blir det ingen svatrkroppstrålning ska göra om men kan jag då värma järnspiken till 1200 grader celcius med min järnspik som är 13 g och lägga i vatten som är 180grader celcius och massan på vattnet är 1,6 liter funkar det om jag gör så? då blandningstemperaturen ska ligga mellan 180-1200 grader celcius

Då borde du (efter lite beräkningar) kunna få fram ett värde på hur mycket energi det går åt för att värma 1 g spik 1 grad, men jag förstår inte vad det skulle ha med svartkroppsstrålnig att göra.

tänker jag rätt ????

det har med svartkroppstrålning att göra eftersom jag gör en fördjpningsarbette inom fysik och genom denna experiment utgör metoddelen i mitt arbete,då det handlar om svarkroppstrålning och jag verfierar stefan boltzmans konstant genom experimentet men har jag tänkt rrätt annarrs med det jag skrev ovan

Jag förstår inte vad ditt experiment med att lägga den glödande spiken i vatten och mäta temperaturökningen har med Boltzmans konstant att göra. Du har i alla fall inte förklarat så att jag kan förstå det.

MELINA_0111, det är svårt för oss att ge dig vettig hjälp när du inte har lagt tråden på någon vettig nivå. Vi vet inte om vi skall förklara för en högstadieelev eller en universitetsstudent. Förklaringarna skulle bli olika i de båda fallen. Vilekn nivå läser du på? Skriv här så kan vi flytta din tråd till rätt nivå (du hade kunnat göra det själv inom 2 timmar från att tråden skapades genom att redigera förstainlägget, men nu behöver du hjälp av en moderator för att göra detta). /moderator

Teraeagle skrev:
Du skulle kunna verifiera Stefan-Boltzmanns lag genom att ansätta följande samband:
$P=\frac {\Delta E}{\Delta t}=\epsilon A\sigma T^n$
P=utstrålad effekt, E=energi, t=tid, $\epsilon$ =emissivitet, A=metallbitens omslutningsarea, $\sigma$ =Stefan-Boltzmanns konstant, T=temperaturen, n=konstant.
Det du är ute efter att bestämma är emissiviteten $\epsilon$ och konstanten n.
Hetta upp metallbiten i gaslågan under en viss tid. Släpp omedelbart metallbiten i en termos med vatten av känd temperatur. Mät hur mycket temperaturen har ökat. På så sätt kan du räkna fram ett ungefärligt värde på metallbitens temperatur.
Upprepa försöket 3-4 gånger men håll då metallbiten utanför lågan i ett par sekunder innan du släpper ner den i termosen. Låt den svalna i luften olika långa tider vid varje försök, men håll dig i alla fall inom några sekunder.
Nu vet du hur lång tid det tog för metallbiten att svalna till en viss temperatur. Så länge den är glödande het kommer strålning att dominera och du kan bortse från ledning och strömning. Du kan räkna ut hur mycket energi metallbiten förlorar mellan två tidpunkter och räkna ut en medeleffekt mellan dessa punkter.
Baserat på detta kan du uppskatta värdena hos konstanterna, fast hur du ska göra det får du klura på själv.

jag ska räkna ut emittensen och konstanten n om du kollar högre upp

det gymnasie nivå det ska förklaras svartkroppstrålning

Stämmer detta?

Spikens massa var 13 gram.

Vattnet i termosen hade temperaturen 18 grader innan du lade ner spiken.

Vattnet fick temperaturen 28 grader efter att du lade ner spiken.

Vattnets volym var 1 liter.

Spikens längd är 22 mm.

Spikens diameter är 1 cm (10 mm)

Nu vill jag att du strukturerar upp dina tankar och skriver tydligt och klart vad du har mätt upp. Svara på mina frågor här nedan i punktform. Ingenting annat. Svara med ett mätetal och enhet, t.ex. 1 kg eller 3 cm. Inga egna gissningar eller uppskattningar. Jag vill veta vad du har mätt upp. Saknar du data för något nedan så måste du upprepa laborationen.

Jag väntar med att posta ytterligare svar i tråden tills du har presenterat en lista med svar på samtliga punkter.

1. Vad vägde vattnet i termosen?

2. Vilken temperatur hade vattnet i termosen innan du lade ner spiken?

3. Vilken temperatur fick vattnet i termosen efter att du lade ner spiken?

4. Vad vägde spiken?

5. Hur lång var spiken (röda sträckan)?

6. Vilken diameter hade spiken (gröna sträckan)?

7. Hur lång tid tog det mellan att du tog bort spiken från lågan och satte den i termosen med vatten?

ja det över stämmer ska svara i punktform dina frågeställningar mätte din spik

1.volymen är ju 1 liter och det är samma som 1kg

2.18 grader innan jag la ner spiken

3.28 grader

4.spiken har massan m=13g

5. länden på spiken det röda är 6,7=0,67mm sen diameter 4,4cm=0,44mm

7.4sekunder

Då har du skrivit ner fel mätvärde någonstans, för i så fall är temperaturen flera tusen grader om du sätter in värdena i min formel här uppe. Det är inte rimligt.

5. länden på spiken det röda är 6,7=0,67mm sen diameter 4,4cm=0,44mm

Du behöver repetera hur man omvandlar enheter. 4,4 cm är inte 0,44 mm utan snarare 44 mm. Du menar alltså att den röda gröna sträckan är 4,4 cm? Det är en väldigt trubbig spik...

Se här:

https://www.matteboken.se/lektioner/skolar-7/geometri-och-enheter/enheter-och-prefix

är temperaturen på tspik flera tusengrader ? men är det inte rimligt för i söker svartkropppstrålning? kan du visa mig ett rimligt antagande,försök,exempel över hur du hade gjort??

Järn smälter vid 1538^oC, så hade spiken blivit varmare än så hade det inte varit en spik längre.

men somdu sa innan krävs det ingen temperatur på minst 1000 för uppnå svartkroppstrålning.vad är fel med värma spiken i en gas låga till 1200 grader?? det väll under smältpunkten

Om temperaturen är "bara" 1500^oC räcker inte den värmen till för att värma vattnet så mycket som du påstår.

är osäker på hur mycket jag ska värma spiken i gaslågan till för samtidigt uppnå en temperatur på gaslågan för kolla svatkroppstrålning

Du behöver inte alls komma upp i 1000 grader för att det ska uppstå svartkroppsstrålning. Det avges vid alla temperaturer, fast den våglängd där maximalt med strålning emitteras blir kortare med högre temperatur enligt Wiens förskjutningslag. Det innebär att du måste komma upp i ca 1000 grader för att se svartkroppstrålning som synligt ljus, dvs när objektet börjar glöda.

Jag förstår inte hur du har fått fram dina mätvärden, och ärligt talat vet jag inte hur pass mycket det går att lita på värdena du skriver när du gång efter gång gör felaktiga enhetsomvandlingar och uppger olika värden.

Jag borde ha skrivit att temperaturen behöver vara minst tusen grader för att det skall bli SYNLIG svartkroppsstrålning, för det var det jag menade.