Лабораторная установка, методика эксперимента и обработки результатов измерения

Лабораторная установка изображена схематически на рис. 4., и она содержит два фарфоровых сосуда с налитой в них водой, температура которой в каждом контролируется своим жидкостным термометром (3 и 4).

6

5

рис 4.Схема установки по изучению термопары и измерению термо-э.д.с.

В левом сосуде за счет погружения в него нагревательного элемента П и нагрева последнего переменным электрическим током, температура повышается по сравнению с исходной комнатной. В правом же температура сохраняется на уровне комнатной. Два спая металлической термопары 1-2-2-1 «a» и «b» погружены соответственно в левый сосуд (a) и правый сосуд (b). Таким образом можно считать спай «а» горячим спаем, а спай «в» - холодным. Их температуры определяются температурами воды, в которую они погружены и которые контролируются отмеченными уже термометрами 3 и 4. Микроамперметр 5 и магазин сопротивлений 6 замыкают собой электрическую цепь термопары и дают возможность зарегистрировать термоэлектрический ток и определить термо-э.д.с., которые возникают при разных температурах спаев.

Определение удельной термо-э.д.с. происходит согласно следующей методики. Ток , протекающий в цепи при сопротивлении магазина сопротивлений , подчиняется закону Ома , где R –это сопротивление всей цепи, состоящей из термопары, микроамперметра и подводящих проводов. Соответствующие значение тока при неизменных значениях температур спаев зависит теперь от введенного сопротивления магазина аналогичным образом, т.е. . Решая возникшую алгебраическую систему уравнений относительно и , получаем следующее выражение для термодвижущей силы:

(11)

Сопоставляя данное значение с равенством (10), можно определить значение удельной термо-э.д.с. из экспериментально полученных значений с помощью соотношения

(12)

Порядок выполнения работы

А. Градуировка термопары.

1. Установить все вращающиеся ручки магазина сопротивлений 6 в нулевое положение, так чтобы было .

2. Определить цену деления, класс точности и предел шкалы микроамперметра, а также цену деления и пределы шкал термометров.

3. Погрузить электронагреватель в левый сосуд с водой, включить его в электрическую сеть переменного тока и регистрировать через 5⁰С повышения температуры в левом сосуде показания микроамперметра. Измерения следует проводить для 8-12 значений температуры в предельно короткие отрезки времени для каждого значения температуры. Результаты измерений записать в таблицу.

Таблица

, мкВ
, мкВ/Ko

По данным таблицы построить графическую зависимость от .

Б. Определение удельной термо-э.д.с.

1. Выключить электронагреватель.

2. Поворотом одной из ручек магазина установить некоторую величину сопротивления (по согласованию с преподавателем или дежурным лаборантом), но такую, чтобы показания микроамперметра 5 уменьшились примерно вдвое по сравнению с током при максимальной температуре в нагреваемом сосуде.

3. Зарегистрировать и записать при ранее зафиксированных значениях температуры нагреваемого сосуда (через 5⁰С при убывании температуры) значения тока в соответствующую строчку таблицы. Измерения проводить за предельно короткое время с тем, чтобы температуру можно было бы считать постоянной за время отсчета.

4. Рассчитать по формуле (11) термо-э.д.с. термопары в температурных точках измерения и вписать эти значения в соответствующую строчку таблицы.

5. Рассчитать по формуле (12) значения удельной термо-э.д.с. в точках измерения и также занести их в таблицу.

Отчет по работе составить в следующей последовательности.

1. Обозначить название лабораторной работы.

2. Привести схему установки и рабочие формулы для обработки результатов измерения (формулы 10, 11, 12) с указанием их смыслового значения.

3. Составить таблицу регистрируемых значений физических величин, связанных с градуировкой термопары и определения термо-э.д.с..

4. Представить полученный градуировочный график термопары.

5. Дополнить таблицу данными по получению значений термо-э.д.с. и удельной термо-э.д.с..

6. Представить краткий вывод по выполненной работе.