3.26 Хід виконання лабораторної роботи

1. Включити живлення джерела струму U.

2. Змінюючи опір , добитись такого його значення, за якого замикання або розмикання вимикача SA не буде змінювати струм, який проходить через мікроамперметр А («несправжній нуль»).

3. Виміри повторити 5-7 разів і результати занести у Таблицю 1.26.

4. На основі отриманих експериментальних даних за формулою (5.26) зробити розрахунок величини внутрішнього опору . Довірчий інтервал похибки вимірювання визначити за формулою

.

Таблиця 1.26

№ п/п	R0, Ом
1
2
3
4
5
6
7

4.26 Контрольні запитання

1.26 Що являє собою електричний струм? За яких умов він виникає?

2.26 Що називається електрорушійною силою джерела?

3.26 Поясніть фізичний зміст електрорушійної сили, напруги і різниці потенціалів?

4.26 За якої умови різниця потенціалів на полюсах джерела буде максимальною?

5.26 За рахунок чого в замкнутому контурі буде виконуватись робота з переміщення заряду по всьому колу?

6.26 Виведіть формулу (5.26).

5.26 Література

1.26. Кучерук І.М., Горбачук І.Т. Загальна фізика. Електрика та магнетизм.- К.: Вища школа. 1990.

2.26. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б..Курс общей физики. Т.1.2.3. - М.: Высшая школа, 1987.

3.26. Трофимова Т.И. Курс физики.М.:1983.

4.26. Савельев И.Н. Курс физики. Т 1-3.М.:1982.

5.26. Клименко А.П. та інші. Методичні вказівки №№1-9 до лабораторних рабіт.

Лабораторна робота № 27. Градуювання термопари і вимірювання коефіцієнту термоелектрорушійної сили

Мета роботи: експериментально вивчити явище термоелектрорушійної сили, навчитися вимірювати коефіцієнт термоелектрорушійної сили термопари.

1.27 Теоретичні відомості

У 1877 році А. Вольта зробив відкриття: коли два різних метали приходять у взаємний контакт, між ними виникає різниця потенціалів. Ним був встановлений ряд металів, в якому кожний попередній метал у контакті з одним із наступних електризується позитивно. Цей ряд має вигляд: , , , , , , , , , .

При подальшому дослідженні було встановлено, що якщо кілька різних металів приєднати один до одного послідовно, то на кінцях кола виникне різниця потенціалів, яка залежить від природи крайніх провідників і не залежить від того, які провідники знаходяться між ними. Різниця потенціалів, яка виникає при зіткненні різнорідних металів, була названа контактною різницею потенціалів. Контактна різниця потенціалів зумовлена неоднаковими роботами виходу електронів з контактуючих металів і неоднаковою концентрацією електронів.

В металах або їх сплавах структурні частинки (атоми чи молекули) розташовуються у вузлах кристалічних грат, зближуючись так, що орбіталі -електронні оболонки, зовнішніх валентних електронів перекриваються. Через це валентні електрони належатимуть усім структурним частинкам у межах обєму кристала тому, що не можна позначити їх належність до якогось певного атому. Це означає, що валентні електрони в межах металу створюють спільність подібно газу вільних електронів, у який занурено кристалічні грата з іонами у вузлах.

Вузли кристалічної решітки металу (додатні іони) знаходиться у постійному тепловому коливальному русі, а вільні електрони - у хаотичному тепловому русі, маючи теплову кінетичну енергію величиною kT. Електронний газ утримується к металі силами електричної взаємодії з іонами кристалічних грат – тобто являють собою частинки, які знаходяться в потенційному полі, через що їх розподіл по енергіях можна вважати Больцманівським. Величину електричної взаємодії електронів з іонами кристалічних грат характеризуватимемо «роботою виходу» А, тобто величиною роботи, яку мають виконати зовнішні сили, аби електрон міг би вийти з металу.

Примемо, умовно, що робота виходу металу (рис.1.27.) більша від роботи виходу металу ( ), а концентрація електронів . Тоді, коли метали приходять у взаємний контакт, деяка частина електронів починає дифундувати з металу в метал , внаслідок чого останній метал , заряджається негативно, а перший - позитивно. На контакті виникає внутрішнє електричне поле з напруженістю Е , яке буде протидіяти подальшій дифузії електронів з металу в метал . Через деякий час – час релаксації, встановиться динамічна рівновага, для якої буде характерний розподіл концентрації електронів в металах, що показаний штрих-пунктирною лінією на Рис. 1.27.

Кожному значенню роботи виходу можна спів ставити певний потенціал

.

Для концентрації електронів у потенціальному електричному полі з відповідним потенціалом на контакті двох металів можна записати у вигляді

.

Звідки можна одержати, вважаючи

.

Між вільними кінцями з'єднаних металів вбуде діяти різниця потенціалів -«контактна різниця» потенціалів.

.

(1.27)

Неважко перевірити, що в замкнутому колі, при деякій температурі контактна різниця потенціалів дорівнює нулю. Інша справа, коли один із спаїв підтримувати при температурі , а другий - при температурі . У такому разі в замкненому колі з'явиться контактна різниця потенціалів, яка збуджує в ньому електричний струм. Цю різницю потенціалів називають термоелектрорушійною силою:

,

(2.27)

де - стала Больцмана, - заряд електрона, - коефіцієнт термо­електро­рушій­ної сили.

Експеримент показує, що різних пар металів і даної пари металів для різних температурних інтервалів має неоднакове значення. Тому для практичної роботи слід знати диференційні значення при різних температурах:

,

(3.27)

на основі яких складається градуювальник графік термопари.

Термопара являє собою прилад, що складається з двох різнорідних металевих провідників (дротин), що мають надійний контакт (кінці їх спаяні). Термопари широко використовуються для вимірювання температури, зокрема мідь-константановими, або залізо-константановими термопарами вимірюють температури до 500-800 ºС, а платиновими з домішками родію (платина-платина плюс 10% родію) температури до 1700 ºС.