Temperatur og bølgelengde til en glødepære

HensiktFramgangsmåteTeoriSensorspørsmål

Skru opp en dimbar glødepære, så ser du tråden gå fra svak rød, via oransje og gul, til nesten hvit. Fargen forteller om temperaturen: jo varmere kilden er, desto kortere er bølgelengden der den stråler mest. Det er Wiens forskyvningslov i praksis.

Hensikt

Undersøke hvordan fargen (bølgelengden) på lyset fra en glødepære endrer seg med temperaturen, og knytte det til Wiens forskyvningslov.

Hypotese

Når temperaturen øker, flytter toppen i strålingen seg mot kortere bølgelengder. Pæra går fra rødglødende til hvitglødende når den blir varmere.

Glødepære, temperatur og bølgelengde forklart enkelt

Mange elever søker etter glødepære temperatur farge, Wiens forskyvningslov forsøk, termisk stråling Fysikk 1, varmestråling bølgelengde, rød til hvit glødetråd og glødepære labrapport. På denne siden finner du teorien, framgangsmåten, observasjonene, feilkildene og sensorspørsmålene samlet, slik at du kan forklare fargeendringen riktig og koble den til temperaturen i glødetråden.

Forsøket hører hjemme i bølge- og strålingsdelen av Fysikk 1. Tanken er enkel: en glødetråd sender ut termisk stråling i et kontinuerlig spekter, og fordelingen avhenger av temperaturen. Når du skrur opp effekten, blir tråden varmere, og bølgelengden der den stråler mest, blir kortere. Derfor ser du fargen skli fra dyp rød, via oransje og gul, mot nesten hvit. Det er nettopp dette Wiens forskyvningslov setter ord på.

Dette søker elever ofte hjelp til

Vanlige spørsmål før forsøket

• Hva sier Wiens forskyvningslov, og hvilken vei flytter toppen seg?
• Hvorfor ser en svært varm tråd hvit ut og ikke blå?
• Hva er forskjellen på et kontinuerlig spekter og linjespekter fra en gass?
• Hvordan henger fargen på en stjerne sammen med temperaturen?
• Hvordan kan jeg anslå temperaturen i tråden fra spenning og effekt?

Resten av siden svarer på nettopp disse spørsmålene. Bruk begrepene termisk stråling, bølgelengde, toppbølgelengde, Wiens forskyvningslov og kontinuerlig spekter presist, så blir både rapporten og den muntlige forklaringen ryddig.

HMS og sikkerhet

Før du starter

• Glødetråden og pæra blir svært varme – ikke ta på.
• Bruk en dimmer eller justerbar strømforsyning innenfor pærens merkeverdi.
• Se ikke rett inn i en sterk pære over lengre tid.

Utstyr du trenger

• Dimbar glødepære eller pære på justerbar strømforsyning
• Voltmeter og amperemeter (for å anslå effekt/temperatur)
• Spektroskop eller fargekort
• Mørkt rom
• Tabell for spenning og farge

Framgangsmåte – steg for steg

1. Koble pæra til en justerbar kilde og start med lav spenning.
2. Observer fargen på glødetråden ved lav effekt.
3. Øk spenningen trinnvis og noter fargen for hvert trinn.
4. Bruk gjerne et spektroskop til å se hvordan spekteret endrer seg.
5. Noter spenning, strøm og farge i en tabell.
6. Beskriv hvordan toppfargen flytter seg mot blått når effekten øker.

Framgangsmåten: koble pæra til en justerbar kilde, start med lav spenning, øk effekten trinnvis og noter hvordan fargen på glødetråden går fra rød mot hvit etter hvert som temperaturen stiger.

Observasjoner og resultater

Varmere tråd: strålingstoppen forskyves mot kortere bølgelengder (mot blått).

Farge ved økende effekt:

Effekt	Tråd-farge	Toppbølgelengde
Lav	Mørk rød	Lang (mot rødt)
Middels	Oransje-gul	Kortere
Høy	Nesten hvit	Kortest (mot blått)

Resultat

Når effekten og dermed temperaturen øker, går fargen fra rød mot hvit. Toppen i strålingen flytter seg mot kortere bølgelengder, akkurat som Wiens forskyvningslov forutsier.

Teorien bak

En varm gjenstand sender ut et kontinuerlig spekter av stråling (termisk stråling). Fordelingen avhenger av temperaturen. Wiens forskyvningslov sier at bølgelengden der strålingen er sterkest, er omvendt proporsjonal med temperaturen:

λ_topp = b / T

der b er Wiens konstant. Når T øker, blir λ_topp mindre – toppen flytter seg mot blått. Derfor ser en lunken glødetråd rød ut, mens en svært varm tråd ser hvit-blå ut. Samme prinsipp forklarer hvorfor blå stjerner er varmere enn røde stjerner.

Typiske problemstillinger sensor stiller

Hva sier Wiens forskyvningslov?

At bølgelengden der en varm kilde stråler mest, er omvendt proporsjonal med temperaturen: λ_topp = b/T. Varmere kilder stråler mot kortere bølgelengder.

Hvorfor går pæra fra rød til hvit når den blir varmere?

Fordi toppen i strålingen flytter seg mot kortere bølgelengder, og samtidig sendes mer lys ut over hele det synlige spekteret, så blandingen ser hvit ut.

Hvordan henger dette sammen med stjernefarger?

Blå stjerner er varmere enn røde, fordi en høyere temperatur flytter strålingstoppen mot blått – samme lov som for glødetråden.

Sensortips – slik imponerer du

Slik får du toppkarakter

• Bruk Wiens lov λ_topp = b/T eksplisitt og forklar retningen på forskyvningen.
• Knytt observasjonen til stjernefarger for å vise bredere forståelse.
• Skill mellom at toppen flyttes og at total utstrålt effekt også øker.

Slik vurderer sensor

Det som gir karakter 6

• Systematisk observasjon av farge mot effekt/temperatur.
• Riktig bruk av Wiens forskyvningslov.
• Kobling til termisk stråling og eksempler som stjerner.

Typiske elevfeil å unngå

Vanlige feil

• Å tro at bare lysstyrken endres, ikke fargen/bølgelengden.
• Å si at varmere gir lengre bølgelengde (feil retning).
• Å forveksle dette kontinuerlige spekteret med linjespektre fra gasser.

Feilkilder

• Øyet bedømmer farge unøyaktig; et spektroskop hjelper.
• Pæreglasset kan farge lyset litt.
• Vanskelig å knytte spenning direkte til en eksakt temperatur.

Variasjoner av forsøket

• Bruk et spektroskop og beskriv hvordan hele spekteret forskyves.
• Sammenlign glødepære, halogen og LED.
• Anslå tråd-temperaturen fra effekt og sammenlign trender.

Sentrale begreper

• Termisk stråling – Kontinuerlig stråling en varm gjenstand sender ut på grunn av temperaturen.
• Wiens forskyvningslov – λ_topp = b/T; strålingstoppen flytter seg mot kortere bølgelengde ved høyere temperatur.
• Bølgelengde – Avstanden mellom to bølgetopper; bestemmer fargen på synlig lys.
• Kontinuerlig spekter – Et spekter med alle bølgelengder, til forskjell fra adskilte linjer.

Kompetansemål forsøket dekker

• Gjøre rede for termisk stråling og Wiens forskyvningslov.
• Knytte bølgelengde, farge og temperatur sammen.
• Planlegge og gjennomføre forsøk og vurdere feilkilder.

Ofte stilte spørsmål

Er dette samme type spekter som fra en gass?

Nei. En glødetråd gir et kontinuerlig spekter (alle farger), mens en gass gir adskilte spektrallinjer.

Hvorfor ser en svært varm tråd hvit, ikke blå?

Fordi den stråler sterkt over hele det synlige området samtidig. Blandingen oppfattes som hvit selv om toppen er forskjøvet mot blått.

Kan jeg regne ut temperaturen nøyaktig?

Det er vanskelig med enkelt utstyr. Du kan anslå trender, men en presis temperatur krever kalibrert måling.

Dypere forklaring: hvorfor varmere gir kortere bølgelengde

En varm gjenstand stråler fordi de ladde partiklene i stoffet er i bevegelse, og denne strålingen kommer ut i et kontinuerlig spekter med alle bølgelengder samtidig. Hvor i spekteret strålingen er sterkest, bestemmes av temperaturen. Wiens forskyvningslov uttrykker dette som λ_topp = b/T, der b er Wiens konstant. Når temperaturen T øker, blir λ_topp mindre, og toppen i fordelingen flytter seg mot kortere bølgelengder – altså fra rødt mot blått. Derfor ser en lunken tråd rød ut, mens en glohet tråd skifter mot gul og hvit.

At tråden ser hvit og ikke blå ut ved høy temperatur, skyldes at den samtidig stråler kraftig over hele det synlige området. Selv om toppen er forskjøvet mot blått, blander øyet alle fargene til et hvitlig inntrykk. Samtidig øker den totale utstrålte effekten raskt med temperaturen, så tråden lyser sterkere. Skiller du tydelig mellom at toppen forskyves (Wiens lov) og at total effekt øker, treffer du kjernen sensor ser etter. Det er samme fysikk som gjør at blå stjerner er varmere enn røde stjerner.

Flere vanlige spørsmål om temperatur og bølgelengde

Hva sier Wiens forskyvningslov?

At bølgelengden der en varm kilde stråler mest, er omvendt proporsjonal med temperaturen: λ_topp = b/T. Jo varmere kilden er, desto kortere er toppbølgelengden.

Hvorfor går pæra fra rød til hvit når den blir varmere?

Fordi strålingstoppen flytter seg mot kortere bølgelengder, og fordi tråden samtidig stråler mer over hele det synlige området. Blandingen av farger oppfattes som hvit.

Er dette samme type spekter som fra en gass?

Nei. Glødetråden gir et kontinuerlig spekter med alle bølgelengder. En gass som lyser, gir adskilte spektrallinjer ved bestemte bølgelengder.

Hvordan henger fargen sammen med stjernefarger?

Helt likt. Blå stjerner er varmere enn røde, fordi høyere overflatetemperatur flytter strålingstoppen mot blått – samme lov som for glødetråden.

Kan jeg regne ut temperaturen i tråden nøyaktig?

Med enkelt utstyr er det vanskelig. Du kan anslå trender fra effekt og farge, men en presis temperatur krever kalibrert måling, for eksempel med et pyrometer.

Hvorfor stiger lysstyrken så raskt når jeg skrur opp?

Fordi den totale utstrålte effekten øker kraftig med temperaturen, mye raskere enn temperaturen selv. Derfor blir tråden tydelig sterkere når du øker effekten litt.

Klar for muntlig-praktisk?

Øv på flere Fysikk 1-forsøk og eksamensoppgaver med fasit.

Gå til Fysikk 1

Relaterte sider

Ohms lovElektrisk apparaturLysstyrke og avstandFysikk 1Alle Fysikk 1-forsøkFysikk 1 eksamenEksamensoppgaver med fasit