Сравнительная таблица постоянной термопары и рабочего диапазона температур для термопар из различных материалов

Материалы термопары	Постоянная , мкВ/К	Рабочий диапазон температур, º С
Медь-константан (40% Ni + 60% Cu)	41,6	(-200) ÷ (+600)
Железо-константан	52	(-190) ÷ (+800)
Хромель-алюмель	42	(0) ÷ (+1000)
Платина-платина + 10% родия	6,4	(-140) ÷ (+1600)

Для повышения чувствительности измерительной схемы термопары можно соединять последовательно в термобатареи (рис. 8). ЭДС такой батареи будет равна сумме ЭДС отдельных термопар.

Для измерения энергии теплового излучения применяют термостолбики. Они представляют собой термобатарею из большого числа термопар, расположенных так, что излучение может падать только на четные или нечетные спаи. Термостолбики обладают очень высокой чувствительностью, по сравнением с отдельной термопарой.

Термобатареи представляют интерес и как генераторы электрического тока. Они непосредственно преобразуют тепловую энергию в электрическую. Однако КПД их низок (примерно 0,1%), и поэтому на практике они мало используются. Более высоким КПД обладают термоэлементы, изготовленные не из металлов, а из полупроводников (их КПД имеет величину порядка 6 – 8 %, а постоянная С ≈ 10^-3 В/К).

Существуют также термоэлектрические приборы для измерения токов и напряжений. Они представляют собой амперметры или вольтметры в сочетании с термопреобразователем (термопарой или термобатареей). При прохождении тока по проводнику термопреобразователя (рис. 9) в нем выделяется ленц-джоулево тепло, которое нагревает один из спаев термопары, и величину возникшей термо-ЭДС фиксирует прибор. Тепло, выделяемое переменным током, практически не зависит от его частоты, поэтому термоэлектрическими приборами можно измерять в цепях как постоянного, так и переменного тока.

СХЕМА УСТАНОВКИ

В данной работе опытным путём определяют зависимость термо-ЭДС от разности температур спаев термопары, рассчитывают её постоянную С и отношение концентраций свободных электронов.

По указанию преподавателей работа может выполняться в двух вариантах.

Вариант 1. Измерения термо-ЭДС гальванометром

Соберите установку в соответствии с рис. 10.

Согласно закону Ома в замкнутой цепи (рис. 10) ЭДС (в вашем случае термо-ЭДС) равна:

где R - сопротивление гальванометра; r - сопротивление термопары. Гальванометр подбирают с много большим сопротивлением (R>>r), тогда ε=IR, т.е. показания гальванометра в вольтах мало отличаются от измеряемой термо-ЭДС.

Порядок выполнения работы

1. Присоедините термопару к гальванометру, запишите начальные значения температур tº₁ и tº₂ и показание гальванометра N₀ в таблицу 2 (столбцы 1,2,4).

2. Включите электроплитку и, нагревая, через каждые 10-20° до температур, указанных на установке (или рекомендуемых преподавателем), запишите показания термометров и гальванометра N_i (При этом следите за температурой холодного спая tº₂ и, если она изменяется, запишите новые значения tº₂ одновременно с tº₁ в таблицу 2.

3. Рассчитайте термо-ЭДС ε_i, ∆tº = tº₁ - tº₂ для каждого измерения и постоянную термопары по формулам:и, где- цена деления вольтметра в вольтах;N_i - показания гальванометра.

4. Постройте график зависимости термо-ЭДС от разности температур спаев∆tº.

5. Рассчитайте отношение концентраций свободных электронов по формуле (15): ,

= 1,38×10^-23 ;= 1,6×10^-19 Кл.

14

Таблица 2

Экспериментальные данные, полученные в ходе выполнения лабораторной работы по варианту 1

t1º С нагр.	t2º С хол.	∆tº C	Ni	β, В	εi, В	C,
1	2	3	4	5	6	7	8