1 Мета роботи

Експериментальна перевірка явища поглинання та виділення теплоти на контакті двох металів при пропусканні електричного струму через контакти та визначення коефіцієнта Пельтьє.

2 Прилади та обладнання:

а) лабораторний стенд, що містить джерела живлення, калориметри, електровимірювальні прилади, досліджувані зразки металів. Стенд живиться від мережі змінного струму з напругою 220 В;

б) гальванометр.

3 Техніка безпеки

1. Лабораторний стенд живиться струмом із напругою в межах від 0,1 до 12 В, яка отримується завдяки знижувальному трансформатору, що вмикається в освітлювальну мережу напругою 220 В.

2. Перед вмиканням стенда уважно огляньте електричний шнур і штепсельну вилку. В разі виявлення найменших пошкоджень необхідно доповісти викладачу або лаборанту.

3. Самостійний ремонт обладнання категорично заборонений.

4 Методичні вказівки

Ефект Пельтьє є зворотним ефекту Зеєбека і полягає в наступному. Якщо пропускати струм через ланцюг, складений із різнорідних металевих провідників, то в одному спаї виділяється

деяка кількість теплоти Q_П , у той час як інший спай

охолоджується.

Нехай кожний із спаїв міститься в калориметрі. Тоді в

31

одному з калориметрів за час t виділиться кількість теплоти, що

дорівнює сумі

	Q1  Q ДЖ  QП ,	(1)
2	Rt – тепло Джоуля-Ленца; QП .
де Q ДЖ  I
I

а б

Рисунок 1

Тепло, що виділяється різниці

Q2 

в іншому калориметрі, дорівнює

Q ДЖ QП

.

(2)

Досвід показує, що кількість теплоти Пельтьє пропорційна величині струму , що проходить, і дорівнює

QП  П  I t .		(3)
Коефіцієнт пропорційності	П	має розмірність різниці

потенціалів і називається коефіцієнтом Пельтьє.

Поглинання і виділення тепла обумовлюються наявністю і напрямком контактної різниці потенціалів. Тому якщо змінити напрямок струму, то спаї а і б обміняються ролями.

Коефіцієнт Пельтьє П залежить лише від природи

матеріалів, що контактують, і не залежить від опору контактів.

Для більшості пар	металів П	має значення	10	2	10	3	В, у
напівпровідників П	значно вище.

Відмітимо, що кількість теплоти, яка поглинається спаєм, збільшується зі зростанням сили струму. Однак охолодження буде спостерігатися у тому випадку, якщо кількість теплоти Пельтьє перевищує тепло Джоуля–Ленца, тобто

П  I  I ² R , або П  I  R .

Для того щоб одержати максимальне охолодження спаю,

32

кількість теплоти, яка поглинається

Q Q2

 П  I

 I	2	 R  t

,

повинна бути максимальною. Сила струму, що максимальному охолодженню, визначається з умови

dQ	 0	,
dI
звідки
I 	П	.
	2R

відповідає

(4)

У лабораторній роботі визначаються коефіцієнт Пельтьє і теплота Пельтьє, що виділяється у спаї за одиницю часу:

qП  П  I .

Для вимірювання коефіцієнта Пельтьє установкою, принципова схема якої зображена на

(5)

скористаємося рисунку 2.

Г

			А
	R3		A1
				R2
	К1
		A		К
			R1

Т	А

В

а б



Рисунок 2

Тут А і В – дроти різних металів, розміщених у посудинах із рідиною. Пропускаючи через дроти струм I, величина якого регулюється реостатом R1, можна добитися того, щоб температура спаїв а і б була різною. Нехай у результаті ефекту Пельтьє лівий спай охолоджується, а правий – нагрівається. Різницю температур цих спаїв можна визначити за допомогою диференціальної температури Т і гальванометра Г. Зміна температури спаїв буде відбуватися до встановлення

33

теплової рівноваги між спаєм і навколишнім середовищем. У результаті стрілка гальванометра установиться у визначеному положенні. У лівій посудині розміщена спіраль, за допомогою якої рідину можна нагрівати. При нагріванні лівої посудини різниця температур буде зменшуватися. Нехай нам вдалося за допомогою реостата R3 установити такий струм через нагрівач

IН , що лівий і правий спаї матимуть однакові температури. При

цьому стрілка гальванометра повернеться в початкове, тобто нульове положення.

Якщо такий режим є сталим, тобто не змінюється з часом, то це означає, що кількість теплоти, яка виділяється за одиницю часу правим спаєм, дорівнює кількості теплоти, що виділяється у лівому спаї:

	Q ДЖ  qП  Q ' ДЖ  Q ДЖ  qП ,
де Q 'ДЖ	– теплота, яка виділяється у спіралі нагрівача.
З останнього співвідношення випливає, що
				Q ' ДЖ  2qП .		(6)
Але Q ' ДЖ  I		2	R2	, де	R
					2 – опір спіралі.

Співвідношення (6) дозволяє обчислити кількість теплоти Пельтьє, що виділяється у спаї за одиницю часу:

q 	1			I	2		R
					н
п	2						2 .
Із співвідношень (5) і (6) випливає,
Пельтьє дорівнює
	I		2		R
			н
П 							2		.
		2					I

(7)

що коефіцієнт

(8)