тенциальный барьер, вследствие чего они забирают у кристаллической решѐтки
энергию qe
T dT внут р .
Практическое использование термоэлектрических явлений
При практическом использовании термоэлектричества привлекают крайняя простота, дешевизна и ничтожные размеры термобатарей. С их помощью можно создавать тепло и холод, термостатирование.
Однако по сравнению с другими устройствами, выполняющими те же функции, их КПД очень низок (в 6-7 раз ниже КПД тепловых насосов, в 3-4 раза -
компрессионных). Термоэлектрический подогрев или охлаждение тем выгоднее, чем на меньшую разность температур Т его нужно произвести. При определенных условиях на термоэлектрический подогрев или охлаждение воды на 10° требуется затратить в 5 раз меньше, а на 5° - в 8 раз меньше энергии по сравнению с использованием обычного прибора.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.13
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЗЕЕБЕКА
Цели работы:
1.Изучить явление возникновения термоЭДС.
2.Проградуировать термопары медь-константан и хромель-копель.
3.Определить коэффициенты термоЭДС для исследуемых термопар.
Методическое обоснование работы
Эффект Зеебека - возникновение ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных металлов, полупроводников или полупроводника и металла, если температура спаев различна. В простейшем случае, когда цепь состоит из двух различных материалов, она носит название тер-
69
мопары. Термопары широко применяются для измерения температур в диапазо-
не, включающем отрицательные, и до температур порядка 1000° С и выше.
Термо ЭДС термопары складывается из электродвижущих сил обоих ее спаев.
ЭДС спая зависит от природы контактирующих веществ и от температуры. Если обозначить ее через (Т), то ЭДС. термопары можно представить как
(T1) 
(T2 ) ,
где |
T1 - температура более нагретого, а T2 - менее нагретого спаев. |
|||
Производная |
|
d |
называется коэффициентом термоэлектродвижущей си- |
|
|
|
|||
|
dT |
|||
|
|
|
|
|
лы. |
Коэффициент |
|
j ,так же, как и функция (T ) , является характеристикой |
|
обоих элементов термопары. На практике это создает определенные неудобства,
поэтому условились величину |
измерять по отношению к одному и тому же |
|
металлу - свинцу. Следовательно, коэффициент |
данного металла дает термо- |
|
ЭДС для термопары, у которой одна ветвь - из указанного металла, а другая - из свинца. Коэффициент термоЭДС для термопары, составленной из произвольных металлов I и 2, определяется формулой
|
|
12 1 2 , |
|
где |
1 и 2 - коэффициенты термоЭДС металлов I и 2 по отношению к свинцу. |
||
Для примера приведем значения |
для сплавов хромель ( |
1 ) и алюмель ( 2 ), |
|
широко применяемых в качестве термоэлементов. Для них: |
1 = 24 мкВ/0С и |
||
2 |
= -38 мкВ/0С. |
|
|
Если разность температур более нагретого (Т1) и менее нагретого (T2) спаев невелика, то имеет место линейная зависимость между термоЭДС термопары и разностью температур спаев
(T1 T2 ).
Следовательно, в этом диапазоне температур коэффициент термоЭДС термопа-
ры может быть определен по формуле
70
T1 T2 .
Схема лабораторной установки приведена на рис. 26. Для исследования взя-
ты термопары - МК (медь-константан) ХК – (хромель-копель). Разность темпе-
ратур Т между горячим и холодным спаями каждой из термопар создается за счет того, что один спай каждой термопары находится в тепловом контакте с на-
гревателем (песочной баней), а другой - при температуре окружающей среды.
|
I |
|
I |
|
mV |
|
|
|
II |
II |
Песочнаябаня |
|
|
|
|
МК |
ХК |
|
|
|
ИТ |
|
Сеть |
|
МПП |
|
|
|
Рис.26 |
|
|
Разность температур |
Т между горячим и холодным спаями определяется с |
||
помощью измерительной термопары ИТ и пирометрического милливольтметра типа МПП, а термоЭДС исследуемых термопар - милливольтметром, подклю-
чаемым к термопарам МК и ХК.
Задание:
1. Изучить лабораторную установку, методику измерений.
2 Включить в сеть милливольтметр и нагреватель (песочную баню). Запи-
сать показания прибора МПП в °С по нижней шкале. (МПП показывает непо-
средственно разность температур)
3. Исследовать зависимость термоЭДС термопар МК и ХК от разности тем-
ператур Т между спаями в интервале от 0 до 150 0 С. Температуру фиксировать через каждые 10°С. Величина измеряемой ЭДС определяется по шкале милли-
вольтметра. Измерения следует проводить параллельно для двух термопар, пере-
ключая схему из положения I в положение II.
4. Отключить приборы от сети.
71