Выполнение работы

Чтобы сэкономить время и уложиться в двухчасовой график работы, рекомендуется задания 1 и 2 выполнять параллельно по приведенному ниже плану.

1. Подготовить таблицу для записи результатов измерений.

2. Собрать электрическую цепь и установить сопротивление магазина равным нулю.

3. Включить установку.

4. Нажать кнопку "установка нуля" и установить на табло гальванометра нули.

5. Включить электрическую печь.

6. Через каждые 5 градусов проводить следующие операции:

а) записать температуру рабочего спая термопары;

б) записать силу тока в цепи термопары;

в) установить на магазине такое сопротивление , чтобы сила тока в цепи термопары уменьшилась в 1,5 - 3 раза и записать в таблицу это сопротивление;

г) измерить силу тока в цепи термопары с дополнительным сопротивлением и записать его в таблицу;

д) вернуть магазину резисторов значение сопротивления равное нулю.

7. Работу выполнять в диапазоне температур от комнатной до 90-100°С. При достижении верхней температуры печь выключить и продолжать работу с остывающей печью. При этом рекомендуется проводить измерения при тех же температурах, что и в процессе нагревания термопары.

8. По результатам измерений построить график зависимости и по нему определить комнатную температуру.

9. В каждой точке измерений, т.е. при каждой фиксированной температуре, вычислить удельную термо-э.д.с. .

10. Установить характер зависимости от.

11. Вычислить среднее значение по формуле:

, (14)

где - число опытов по определению.

12. Вычислить среднеквадратическую погрешность по формуле:

(15)

13. Вычислить относительную погрешность :

%(16)

Контрольные вопросы

1. Объясните природу эффекта Зеебека.

2. Поясните физический смысл удельной термо-э.д.с. и ее зависимость от температуры.

3. Выведите рабочую формулу для определения .

4. Что называется градуировкой термопары?

5. Почему градуировка термопары осуществляется двумя сериями измерений: один раз в процессе нагревания термопары, второй в процессе ее охлаждения?

Задачи к лабораторной работе

1.1 Значения работы выхода для двух металлов равны соответственно 2,8 эВ и 3,2 эВ. Какая контактная разность потенциалов установится между этими металлами, если их привести в соприкосновение? Какой из этих металлов будет иметь больший потенциал?

1.2 Хром-алюминиевая термопара имеет удельную термо-э.д.с. 40 мк В/К. Найдите температуру горячего спая при условии, что температура холодного спая 20°С, сопротивление термопары 20 Ом, внутреннее сопротивление гальванометра 100 Ом, сила тока, измеренная гальванометром, 100 мкА.

1.3 Постоянная термопары 7,5 мкВ/К, температура холодного спая –80°С(сухой лед), горячего 320°С (расплавленный свинец). Какой заряд протечет по термопаре, если горячему спаю будет передано количество тепла, равное одному Джоулю? Коэффициент полезного действия 20%.

2.1 Определите внутреннюю контактную разность потенциалов между алюминием и медью, медью и окисью цинка.

2.2 При подключении термопары к последовательно соединенным гальванометру и внешнему сопротивлению 100 Ом ток в цепи становится равным 150 мкА. Если внешнее сопротивление равно нулю, то ток равен 200 мкА. Определите удельную термо-э.д.с. термопары.

2.3 Постоянная термопары равна 50мкВ/К, температура горячего спая 400°С, холодного – 0°С. Через термопару прошел заряд 500 Кл. Определите коэффициент полезного действия термопары, если горячему спаю передано 1 Дж теплоты.

3.1 Зазор между пластинами плоского конденсатора 1мм. Одна из пластин изготовлена из платины (работа выхода 5,29 эВ), другая - из алюминия (работа выхода 3,74 эВ) . Пластины закорочены медным проводом. Какова напряженность поля между пластинами? Как направлен вектор напряженности?

3.2 Термопара константан-медь имеет постоянную, равную 4·10мВ/К, сопротивление термопары 50 Ом, сопротивление гальванометра 100 Ом. Один спай термопары поместили в тающий лед, второй - в кипящую воду. Определите силу тока в цепи и электродвижущую силу.

3.3 Чему равно отношение числа свободных электронов в единице объема у висмута и сурьмы, если при нагревании одного из спаев на 100°С возникает э.д.с., равная 0,01 В? Какой металл имеет больше свободных электронов в единице объема, если ток через нагретый спай идет от висмута к сурьме?

4.1 Имеется два металла с концентрацией свободных носителей (электронов) 10ми 10м. Определите внутреннюю контактную разность потенциалов, возникающую при приведении этих металлов в соприкосновение при температуре 27°С.

4.2 Зазор между пластинами плоского конденсатора 1 мм. Одна из пластин конденсатора изготовлена из платины (работа выхода 5,29 эВ). Пластины закорочены медным проводом. Напряженность поля между пластинами 450 В/м. Определите работу выхода второй пластины.

4.3 Термопара константан-медь имеет удельную термо-э.д.с. 4,3·10мВ/К. Определите сопротивление термопары, если сила тока в цепи 56 мкА, один спай термопары поместили в тающий лед, второй - в кипящую воду, а сопротивление гальванометра 100 Ом.

5.1 Глубина потенциальной ямы металла составляет 11 эВ, а работа выхода - 4 эВ. Найдите: а) полную энергию электронов на уровне Ферми; б) на сколько увеличится кинетическая энергия электрона при его проникновении в металл?

5.2 Хром-алюминиевая термопара имеет удельную термо-э.д.с. 40 мкВ/К. При разности температур холодного и горячего спая равной 100 К ток в цепи равен 100 мкА. Чему будет равен ток в цепи, если разность температур увеличить вдвое, уменьшить вдвое?

5.3 Какой заряд протечет по термопаре, если горячему спаю будет передано 2 Дж энергии. Постоянная термопары 50 мкВ/К. Разность температур горячего и холодного спая 200 К, а коэффициент полезного действия 15%.

6.1 Чему равно отношение числа свободных электронов в единице объема у висмута и сурьмы, если при нагревании на 200°С одного из спаев возникает э.д.с. равная 0,02 В? Определите постоянную этой термопары.

6.2 При подключении термопары к последовательно соединенным гальванометру и внешнему сопротивлению ток в цепи равен 100 мкА. Если внешнее сопротивление равно 0, ток в цепи 200 мкА. Определите термо-э.д.с., если температура холодного спая –80°С, а горячего +320°С.

6.3 Две пластины плоского конденсатора соединены проводом. Одна из пластин конденсатора изготовлена из материала с работой выхода 2,24 эВ, вторая пластина характеризуется работой выхода 4,84 эВ. Напряженность поля между пластинами 1300 В/м. Определите расстояние между пластинами.