Физика электричество / г-306 сканер электричество / 37(Э8)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 37(Э8)

ГРАДУИРОВАНИЕ ТЕРМОПАРЫ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕРМО-ЭДС

Цель работы: изучить теорию термоэлектрических явлений; познакомиться с принципом работы термопары.

Задача работы: построить градуировочный график термопары и определить удельную термо-ЭДС.

I. УКАЗАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

При подготовке к работе необходимо:

1. изучить теоретический материал по теме "Контактные и термоэлектрические явления" ([2] - §3.6; [3] - §60, 62, 63);

2. ответить на вопросы для самоконтроля;

3. подготовить бланк протокола выполнения лабораторной работы.

II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ

Электрическая схема установки приведена на рис. 1.

Рис. 1. Электрическая схема установки:

1 - термопара; 2 - сосуд с жидкостью; 3 - потенциометр ПП-63; 4 - нагреватель; 5 - термометр.

Основную часть установки составляет термопара - замкнутая цепь из двух разнородных металлов. Один контакт - "холодный спай" имеет комнатную температуру Т_К. При нагревании второго контакта - "горячего спая" - до температуры Т > Т_к в цепи термопары возникает термо-ЭДС, которую можно измерить потенциометром или цифровым милливольтметром 3. С повышением температуры Т термо-ЭДС растет согласно формуле Зесбека:

, (1)

где α - удельная термо-ЭДС, зависящая от природы контактирующих материалов.

Градуирование термопары заключается в построении графика ε_Т = f(Т - Т_к). согласно формуле (1) эта зависимость представляет собой прямую линию, наклоненную к оси

(Т - Т_к) под углом φ, тангенс которого равен удельной термо-ЭДС α:

. (2)

зная удельную термо-ЭДС α и температуру "холодного спая" можно использовать термопару для измерения неизвестной температуры Т.

С изменением температуры "холодного спая" изменяется и термо-ЭДС термопары на величину, равную термо-ЭДС, развиваемой этой же термопарой при температурах "горячего и холодного спаев", равных соответственно измененной Т_к^I и первоначальной Т_к температурам холодных спаев.

Стандартные градуировочные графики и таблицы приводятся при температуре "холодного спая" t₀ = 0⁰С(Т₀ = 273 К). график, полученный при температуре "холодного спая" Т_к будет находится ниже стандартного на величину

ε_Т = α(Т_к - Т₀).

для измерения высоких температур обычно используют термопару платина-платинородий, не очень высоких-медь-константан, константан-железо.

Термопара имеет ряд существенных преимуществ перед термометром: значительно выше чувствительность, шире диапазон измеряемых температур, отсутствие стеклянных деталей и вредной для здоровья ртути, дистанционность измерений и другие.

III. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Измерить термо-ЭДС при различных температурах.

2. Построить градуировочный график ε_Т = f(Т - Т_к), сравнить его с стандартным ε_Т = f(Т - Т₀), прилагаемым к установке.

3. Определить удельную термо-ЭДС α.

IV. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подключить к клеммам "Х", соблюдая полярность, выводы термопары.

2. Подключить к клеммам "НЭ", соблюдая полярность, нормальный элемент. Переключатели "Г" (гальванометр), "БП" и "БИ" (батарии потенциометра и источника регулируемого напряжения) поставить в положение «В» (внутренний), переключатели «род работы» - в положение потенциометр, "питание" - в положение "включ", переключатель полярности "+" и "-" - в положение "+".

3. Подготовить потенциометр к работе. Для этого переключатель "К" - "И" установить в положение "К", включив тем самым в цепь потенциометра нормальный элемент. Чтобы величина измеряемой термо-ЭДС совпадала с показаниями шкалы потенциометра, необходимо установить в цепи такой рабочий ток, при котором проводилась градуировка потенциометра. нажимая на кнопку "грубо", вращением верхней рукоятки реостата "регулятор тока" установить стрелку гальванометра в положении близкое к нулю. Затем, нажимая на кнопку "точно", вращением нижней рукоятки того же реостата установить стрелку гальванометра на нуль.

4. Измерить начальное значение термо-ЭДС. Для этого переключатель "К" и "И" поставить в положение "И", включить в цепь потенциометра термопару. Нажав на кнопку "грубо", вращением рукоятки ступенчатого переключателя "mV" установить стрелку гальванометра в положение близкое к нулю. Затем, нажав на кнопку «точно» вращением рукоятки "mV" реохорда, установить стрелку гальванометра на нуль. Записать полученное значение термо-ЭДС, суммируя показания в круглом и овальном окошечках под рукоятками "mV".

5. Включить в сеть нагреватель термостата, в котором находится один из спаев термопары. Произвести измерения термо-ЭДС не менее чем для пяти значений температуры Т (например, 30, 40, 50, 60, 70⁰С).

Результаты измерений записать в таблицу.

εT, mV
(T - Tк) , К

6. Выключить нагреватель и потенциометр. По полученным результатам построить график зависимости ε_Т = f(Т - Т_к). Сравнить его с тандартным

7. Определить из графика величину удельной термо-ЭДС α, равную ; значение рассчитать по отношению соответствующих отрезков на координатных осях.

8. Оценить погрешность произведенных измерений.

V. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие явления называются контактными?

2. Какие явления называются термоэлектрическими?

3. Какие явления относятся к термоэлектрическим? Какое из них используется в термопаре?

4. В чем суть явления Зеебека и как его обосновать?

5. Каков физический смысл удельной термо-ЭДС? Как она определяется в данной работе?

6. В чем суть явления Пельтье и как его обосновать?

7. Какова суть явлений Томсона и как обосновать это явление?

8. Что представляет собой контакт двух металлов с точки зрения зонной теории?

9. Что называется внешней и внутренней контактной разностью потенциалов?

10. Как дать определение работы выхода электронов из металла?

11. Как использовать термопару для измерения температуры?

12. Каковы преимущества измерения температур термопарой по сравнению с ртутными термометрами?