Порядок виконання роботи

А. Градуювання гальванометра як амперметра

1. Скласти коло за схемою (рис. 3.3.1).

2. Змінюючи за допомогою реостата силу струму в колі, записати втаблицю 3.3.1 показники еталонного (в амперах) та градуйованого (в поділках) приладів.

3. За отриманими даними побудувати графік залежності показників градуйованого приладу від струму.

4. Користуючись графіком та формулою (3.3.3), визначити ціну поділки шкали градуйованого приладу та максимальну допустиму силу струму.

5. Розрахувати за допомогою формули (3.3.5) чутливість градуйованого приладу.

6. За формулою (3.3.1) розрахувати величину опору шунта .

7. Усі дані записати до табл. 3.3.1.

Таблиця 3.3.1

№ пор.	n, поділок	I, A	K, А/поділ.	S, поділ./А	, ом

Б. Градуювання гальванометра як вольтметра

1. Скласти коло за схемою (рис. 3.3.2).

2. Змінюючи напругу за допомогою потенціометра , записати до таблиці 3.3.2 показники еталонного (у вольтах) та градуйованого (в поділках) приладів.

3. За отриманими даними побудувати графік залежності показників градуйованого приладу від напруги.

4. За допомогою графіка та формули (3.3.4) визначити ціну поділки шкали градуйованого приладу та максимальну допустиму напругу.

5. Розрахувати за допомогою формули (3.3.5) чутливість градуйованого приладу.

6. За формулою (3.3.2) розрахувати величину додаткового опору .

7. Усі дані записати до табл.. 3.3.2

Таблиця 3.3.2

№, пор.	n, поділок	U, В	K, В/поділ.	S, поділ./В	, ом

Контрольні запитання

1. Що називають електричним струмом?

2. Дайте визначення сили та густини струму.

3. Що таке напруга на ділянці кола, різниця потенціалів, ЕРС?

4. Дайте визначення опору. Від яких величин і як залежить опір провідника?

5. Що таке шунт? Як його використовують та яким чином вмикають в коло?

6. У яких випадках виникає потреба у застосуванні додаткового опору?

7. Як розрахувати опір шунта? Як розрахувати опір додаткового опору?

8. Що означає проградуювати прилад?

9. Що таке ціна поділки і чутливість приладу?

10. Сформулюйте правила Кірхгофа. Доповніть їх правилами знаків.

Лабораторна робота № 3.4.Градуювання термопари

Мета роботи: дослідити термоелектричні явища; проградуювати термопару; опанувати метод вимірювання температури за допомогою термопари.

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: класична теорія електропровідності металів; робота виходу електронів з металу; контактна різниця потенціалів; термоелектричні явища та їхнє практичне використання.

Література: [1, т.2 §§ 4.1 – 4.3, 4.6, 4.7;2, §§ 240, 246, 247;4, т.3 §§ 60, 62, 63].

Під термоелектричнимиявищами розуміють фізичні явища, зумовлені взаємозв’язком між тепловими та електричними процесами, що виникають у контактах металів (а також у напівпровідниках). Під час пропускання струму через коло, що складається з різнорідних металів (рис. 3.4.1), крім тепла Джоуля – Ленца, в одних спаях відбувається виділення, а в інших – поглинання тепла. Фізичний зміст цього явища полягає в тому, що носії струму (електрони) в різних металах мають різне значення потенціальної енергії, тому в разі переходу через спай в ділянку з нижчим рівнем потенціальної енергії, вони віддають надлишок енергії кристалічній ґратці, унаслідок чого спай нагрівається. За зворотного переходу носіїв струму відбувається охолодження спаю. Це явище, назване ім’ям Пельтьє, використовують, наприклад, для сворення холодильних установок.

Якщо здійснити контакт двох різних металів, між ними виникає різниця потенціалів, яку називають контактною. Контактна різниця потенціалівзумовлена тим, що роботи виходів електронів з цих металів неоднакові, тому що різними є рівні потенціальної енергії цих електронів, тобто рівні Фермі.Рівнем Ферміназивають найвищий енергетичний рівень, притаманний електронам за абсолютного нуля температур. У разі виникнення контакту між металами електрони з металу з більш високим рівнем Фермі (тобто з меншою роботою виходу) почнуть переходити на більш низькі вільні рівні другого металу, в якому рівень Фермі знаходиться нижче. Перехід буде відбуватися доти, доки рівні Фермі не вирівняються. Величину цієї різниці потенціалів, наприклад, для контактуС(рис. 3.4.1), визначають за формулою:

,

де А₁ і А₂ – роботи виходів електронів з першого і другого металів, е – заряд електрона, k – стала Больцмана; – температура контактуС; n₁ та n₂ – концентрація електронів у першому і другому металах.

Якщо контакти з’єднати в точці Ві підтримувати цей контакт за температури, то між точками колаВСвиникне різниця потенціалів, що дістала назвутермоелектрорушійна сила(термо-ЕРС):

,

або (3.4.1)

Отже, якщо спаї СіВ(рис. 3.4.1) підтримувати за різних температур, то у колі потече струм. Це явище відкрито Зеєбеком і назване на його честь.

Коефіцієнт у формулі (3.4.1) називаютьпитомою термоелектрорушійною силоюцієї пари металів. Вона свідчить про те, як змінюється електрорушійна сила внаслідок зміни різниці температур спаїв на 1 К.

Для більшості пар металів значення має порядок 10^-510^-4 В/К; для напівпровідників воно може бути значно більшим (до 1,510^-3В/К). Явище Зеєбека використовується для створення приладів для вимірювання температур (термопар).

Термопара– це пристрій, що складається із контакту (спаю) двох різних металів (або сплавів) та приладу для реєстрації термоструму, наприклад гальванометра (рис. 3.4.2). Принцип дії термопари (в цьому випадку – диференціальної термопари) полягає у тому, що один спай вміщують у середовище, температуру якого слід виміряти, а другий – у середовище з відомою сталою температурою (наприклад, у посудину з льодом за 0^оС).

Термопари мають ряд переваг порівняно зі звичайними термометрами: вони дають змогу вимірювати температуру в широкому діапазоні – від десятків до тисяч градусів абсолютної шкали.

Можливість встановлення гальванометра на значному віддаленні від термопари дає змогу проводити дистанційне вимірювання температури. Вимірювати, наприклад, можна розподіл температурного поля в будівельних конструкціях у процесі їхнього виготовлення або експлуатації. Досліджуючи фізико-хімічні процеси, які відбуваються під час формування структури будівельного матеріалу, широко використовують диференціальний термографічний аналіз, у якому теплота, що виділяється або поглинається матеріалами, також вимірюється за допомогою термопар.

Мета цієї лабораторної роботи–проградуювати термопару, тобто встановити залежність між термо-ЕРС та різницею температур гарячого та холодного спаїв термопари і за цими даними визначити значення питомої термо-ЕРС.

Схема установки для градуювання термопари (рис. 3.4.3) складається з термопари 1; приладу для вимірювання термоструму (гальванометра)2; термометра гарячого спаю термопари3, нагрівника4. Холодний спай термопари перебуває за кімнатної температури.