Термоэлектрические методы

К термоэлектрическим явлениям, положенным в основу этих методов получения информации, принято относить группу физических яв­лений (Зеебека, Пельтье и Томсона), обу­словленных существованием взаимосвязи между тепловыми и электрическими про­цессами в проводящих материалах.

Явление термоэлектричества открыто немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком, который в 1821 г. установил, что в замкнутом контуре, со­стоящем из двух разнородных металлов а и b (эксперимент проводился с медью и висмутом), протекает электрический ток, если в точках контактов (спаев) этих ме­таллов поддерживаются различные темпе­ратуры θ₁ и θ₂. Впоследствии было уста­новлено, что электрический ток в такой цепи создается действием термоэлектро­движущей силы (термоЭДС).

Каждому проводящему материалу соответствует определенный электриче­ский потенциал, значение которого за­висит от свойств материала и температу­ры. Поэтому при соединении двух разно­родных проводников в точке контакта соз­дается контактная разность потенциалов, обусловленная различной концентрацией носителей зарядов.

Явление возникновения термоЭДС в цепи из разнородных проводящих

материалов при условии, что температуры в местах контактов различны, получило на­звание эффекта Зеебека.

Измерение температуры термопарами

Впервые термоэлектричество для из­мерения температуры использовал Зеебек. Устройство, примененное им для этих целей, получило название термопары. Под термопарой понимают замкнутую цепь из двух проводников, изготовленных из материалов с разными термоэлектриче­скими способностями.

Термо­ЭДС термопары не зависит ни от длины проводников, ни от площади их сечения и удельных сопротивлений.

Указанные свойства термопары по­зволяют использовать ее в качестве чув­ствительного элемента термоэлектриче­ского термометра. При измерении темпе­ратуры один из контактов термопары по­мещают в среду с постоянной температу­рой θ_1, а второй - в среду с измеряемой температурой θ₂. Таким образом, при по­стоянстве температуры θ₁ термоЭДС тер­мопары становится однозначной функци­ей измеряемой температуры θ₂.

Концы проводников термопары, на­ходящиеся при фиксированной темпера­туре, называют свободными концами термопары (или холодным спаем), а спай других концов про­водников, помещаемый в среду с изме­ряемой температурой θ₂, - рабочим кон­цом термопары (или горячим спаем).

Прибор для измерения термоЭДС, развиваемой термопарой, обычно вклю­чают между ее свободными концами или в разрыв одного из термоэлектродов.

В большинстве случаев термопара может быть значительно удалена от прибора, поэтому прибор приходится подсоединять к термопаре с помощью соединительных проводников.

Трибоэлектрический метод

Трибоэлектрический метод основан на регистрации электрических зарядов, возникающих в ОК при трении двух тел из разнородных материалов.

Оба трущихся тела электризуются под действием контактной разности потенциалов, причем приобретаемые ими заряды равны по абсолютному значению и противоположны по знаку.

При трении двух диэлектриков положительно заряжается тот, у которого больше диэлектрическая проницаемость. При трении диэлектрика о металл диэлектрик приобретает положительный заряд. Измеряя заряд, полученный объектами контроля при трении об одно и то же тело, можно сортировать объекты.

Вопросы для самопроверки по разделу 4

1. Чем отличаются электропотенциальный и электроискровой методы?

2. Для контроля каких материалов можно рекомендовать

электроёмкостный метод?

3. Кто предложил термоэлектрический метод, для контроля каких свойств

материалов он применяется?