Работа № 2. Градуирование термоэлемента и определение термоЭДС



Цель работы: построить градуировочную кривую термопары и опытным путем определить удельную термоЭДС.

Приборы и материалы: термопара, смонтированная на специальном держателе; гальванометр, два термометра, электроплитка, два калориметра, магазин сопротивления.

 

Все термоэлектрические явления относятся к явлениям переноса и обусловлены электрическими или тепловыми потоками, возникающими в среде при наличии электрических и тепловых полей.

В электрических схемах всегда имеются спаи и контакты различных проводников, и, если температура контактов не одинакова, то возникает термоЭДС, которую необходимо учитывать при точных измерениях. К термоэлектрическим явлениям относятся эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона.

Эффект Зеебека - возникновение термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС) в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, если места контактов поддерживаются при разных температурах.

 

Рис. 2.1. Термопара железо-константан

 

Величина термоЭДС (ε) зависит от абсолютных значений температур спаев (T1, T2), разности этих температур ΔT и от природы материалов, составляющих термоэлемент. Термо-ЭДС контура определяется формулой:

e = с(Т1 ‑ Т2),                                                 (1)

где Т1 и Т2 ‑ температуры спаев металлов, а с ‑ удельная термоЭДС.

Термо-ЭДС обусловлена тремя причинами:

1) температурной зависимостью наивысшего энергетического уровня, занятого электронами, что приводит к появлению контактной составляющей термо-ЭДС;

2) диффузией носителей заряда от горячего конца к холодному, определяющей объемную часть термо-ЭДС;

3) воздействием на электроны звуковой волны, распространяющейся в кристалле.

Явление Зеебека, или термоэлектрический эффект, используют для измерения температур. Цепь, составленная из двух различных проводников, называется термоэлементом или термопарой, а ее ветви – термоэлектродами (Рис.4.1). Если один спай термопары поддерживать при постоянной температуре (например, 0 °С), а другой поместить в объем, температуру которого хотят измерить, то о величине температуры (согласно уравнению 1), можно судить по силе возникающего термотока, измеряемой гальванометром. Для этой цели необходимо сначала термопару проградуировать, т.е. установить соответствие между разностью температур спаев (tn‑t0) и показаниями гальванометра an. В случае пропорциональности между показаниями прибора и разностью температур имеем 

.

Зная g, можно легко измерить любые температуры по отклонению гальванометра, т.к. g показывает величину отклонения стрелки гальванометра при нагревании на 1 К:

.                                         (2)

Эффект Пельтье ‑ термоэлектрическое явление, обратное эффекту Зеебека: при пропускании электрического тока через контакт двух различных проводников или полупроводников на контакте, помимо Джоулева тепла, происходит выделение дополнительного тепла Пельтье при одном направлении тока и его поглощение при обратном направлении.

Эффект Томсона заключается в следующем: при пропускании электрического тока через проводник, вдоль которого существует градиент температуры, в проводнике, помимо Джоулева тепла, в зависимости от направления тока будет выделяться или поглощаться дополнительное количество тепла. Неравномерное нагревание первоначально однородного проводника меняет его свойства, делая проводник неоднородным. Поэтому явление Томсона ‑ это, в сущности, своеобразное явление Пельтье с той разницей, что неоднородность вызвана не различием химического состава проводника, а неодинаковостью температуры.


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 491;