ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.13 ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЗЕЕБЕКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.Изучить явление возникновения термо-э.д.с.

2.Проградуировать термопары медь-константан и хромель-копель.

3.Определить коэффициенты термо-э.д.с. для исследуемых термопар.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАБОТЫ

Эффект Зеебека - возникновение э.д.с. 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 термопары. Термопары широко применяются для измерения температур в диапазоне, включающем отрицательные, и до температур порядка 1000°С и выше.

Термо-э.д.с. термопары складывается из электродвижущих сил обоих ее спаев. Э.д.с. спая зависит от природы контактирующих веществ и от температуры. Если обозначить ее через ε (Т), то э.д.с. термопары представится разностью

термопары. На практике это создает определенные неудобства, поэтому условились величину α измерять по отношению к одному и тому же металлу - свинцу. Следовательно, коэффициент α данного металла дает термо-э.д.с. для термопары, у которой одна ветвь из указанного металла, а другая - из свинца. Коэффициент термо-э.д.с. для термопары, составленной из произвольных металлов I и 2 определяется формулой

α12 =α1 −α2

где α1 и α2 - коэффициенты термо-э.д.с. металлов I и 2 по отношению к свинцу. Для примера приведем значения α для сплавов хромель ( α1 ) и алюмель (α2 ), широко применяемых в качестве термоэлементов. Для них: α1 = 24 мкВ/°С и (α2 )= -38 мкВ/ С.

Если разность температур более нагретого (Т1) и менее нагретого (T2) спаев невелика, то имеет место линейная зависимость между термо-э.д.с. термопары и разностью температур спаев

ε =α(T1 −T2 )

Следовательно, в этом диапазоне температур коэффициент термо-э.д.с. термопары может быть определен по формуле

α = T1 −εT2

Схема лабораторной установки приведена на рис. 25 . Для исследования взяты термопары: МК - медь-константановая, ХК - хромель-копелевая. Разность температур Т между горячим и холодным спаями каждой из термопар создается за счет того, что один спай каждой термопары находится В тепловом контакте с нагревателем (песочной баней), а другой - при температуре окружающей среды.

измерительной термопары ИТ и пирометрического милливольтметра типа МПП, а термо-э.д.с. исследуемых термопар - милливольтметром, подключаемым к термопарам МК и ХК.

ЗАДАНИЕ

I. Изучить лабораторную установку, методику измерений.

2 Включить в сеть милливольтметр и нагреватель (песочную баню). Записать показания прибора МПП в °С по нижней шкале. (МПП показывает непосредственно разность температур)

3. Исследовать зависимость термо-э.д.с. термопар МК и ХК от разности температур Т между спаями в интервале от 0 до 150 0 с. Температуру фиксировать через каждые 10°С. Величина измеряемой э.д.с. определяется по шкале милливольтметра. Измерения проводить параллельно для двух термопар, переключая схему из положения I в положение II.

4.Отключить приборы от сети.

5.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

6.Построить градуировочные графики термопар МК и ХК, т.е. зависимость ε (Т ).

7.По графикам, вычислить коэффициенты термо-э.д.с. α каждой из термопар и сравнить полученные значения с табличными данными.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Из каких элементов состоит лабораторная установка, их назначение и взаимодействие?

2.Каковы механизмы, обусловливающие возникновение термо-э.д.с. в металлах?

3.Почему полупроводниковые термоэлементы имеют значительно большую термо-э.д.с., чем термоэлементы из металлов?

4.Чем объяснить возможное различие между измеренными значениями коэффициентов термо-э.д.с. и табличными данными для исследованных тзрмопар?

Литература [l, 5, 8, 14].