Изучение эффекта зеебека и градуировка термопары

Принадлежности: термопара, милливольтметр, два сосуда, нагреватель, магазин сопротивлений.

Краткая теория

Концентрация электронов (число электронов в единице объема) в разных металлах различна. При соприкосновении различных металлов вследствие теплового движения электроны переходят из одного металла в другой. Металл, в который переходит больше электронов, заряжается отрицательно, другой - положительно. Возникающая контактная разность потенциалов обусловлена двумя причинами:

1) различием в работах выхода электронов из металлов C и В (рис.1);

2) различием в концентрации свободных электронов n_C и n_B.

Рис. 1

Если из этих металлов составить замкнутую цепь и места соединения (спаев) поддерживать при различных температурах Т₁ и Т₂, то в цепи возникает ЭДС. «Этот эффект называется термоэлектрическим или эффектом Зеебека. Такая цепь называется термопарой (рис.2). Для этой цели можно использовать как металлы, так и полупроводники.

Рис. 2

Теоретическое рассмотрение явления термоэлектричества в классической физике приводит к следующему выражению для ЭДС :

Здесь: k - постоянная Больцмана, е - заряд электрона, С – чувствительность термопары. Её называют так же термосилой. Все термосилы дают для термопар, у которых один проводник всегда один и тот же – платина.

Термосилы некоторых материалов по отношению к платине (mV/100⁰):

Кремний - +44,8 Алюмель - -1,29

Хромель - +2,8 Константан - -3,4

Железо - +1,9 Копель - -3,4

Платинородий - +0,64

Широко используемые на практике термопары:

платина-платинородий (используется в качестве стандартной термопары),

медь-константан (от –185 до 350⁰С),

хромель-алюмель (от 200 до 1200⁰С),

хромель-копель (от 0 до 1000⁰).

Цель работы:градуировка термопары и определение ее чувствительности.

Описание установки

Внешний вид установки представлен на рис. 3.

Каждый спай термопары погружен в сосуд с водой. Температура спая в одном сосуде (М) поддерживается постоянной (равна комнатной). Другой сосуд нагревается электроплиткой.При измерении температуры в сосудах воду следует перемешивать мешалкой.

Рис. 3

Порядок проведения работы

Изучить элементы измерительной схемы, записать их паспортные данные.
Собрать измерительную схему (рис. 4).

Произвести градуировку термопары, т.е. снять зависимость , измеряя температуру в сосуде N и ток в схеме через каждые 5 градусов (табл. I).
Для расчета чувствительности термопары следует при одной и той же температуре (лучше при температуре кипения) записать показания гальванометра дважды: n₁ - когда в схему не включено добавочное сопротивление R (100 ом), n₂ - когда включено (рис. 4).