Методическое обоснование работы

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЗЕЕБЕКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить явление возникновения термо-э.д.с.

2. Проградуировать термопары медь-константан и хромель-копель.

3. Определить коэффициенты термо-э.д.с. для исследуемых термопар.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАБОТЫ

Эффект Зеебека - возникновение э.д.с. в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных металлов, полупроводников или полупроводника и металла, если температура спаев различна. В простейшем случае, когда цепь состоит из двух различных материалов, она носит название термопары. Термопары широко применяются для измерения температур в диапазоне, включающем отрицательные, и до температур порядка 1000°С и выше.

Термо-э.д.с. термопары складывается из электродвижущих сил обоих ее спаев. Э.д.с. спая зависит от природы контактирующих веществ и от температуры. Если обозначить ее через (Т), то э.д.с. термопары представится разностью

где - температура более нагретого, а - менее нагретого спаев.

Производная называется коэффициентом термоэлектродвижущей силы. Коэффициент ,так же, как и функция , является характеристикой обоих элементов термопары. На практике это создает определенные неудобства, поэтому условились величину измерять по отношению к одному и тому же металлу - свинцу. Следовательно, коэффициент данного металла дает термо-э.д.с. для термопары, у которой одна ветвь из указанного металла, а другая - из свинца. Коэффициент термо-э.д.с. для термопары, составленной из произвольных металлов I и 2 определяется формулой

где и - коэффициенты термо-э.д.с. металлов I и 2 по отношению к свинцу. Для примера приведем значения для сплавов хромель () и алюмель (), широко применяемых в качестве термоэлементов. Для них: = 24 мкВ/°С и ()= -38 мкВ/ С.

Если разность температур более нагретого (Т₁) и менее нагретого (T₂) спаев невелика, то имеет место линейная зависимость между термо-э.д.с. термопары и разностью температур спаев

Следовательно, в этом диапазоне температур коэффициент термо-э.д.с. термопары может быть определен по формуле

Схема лабораторной установки приведена на рис. 25. Для исследования взяты термопары: МК - медь-константановая, ХК - хромель-копелевая. Разность температур Т между горячим и холодным спаями каждой из термопар создается за счет того, что один спай каждой термопары находится в тепловом контакте с нагревателем (песочной баней), а другой - при температуре окружающей среды.

Разность температур Т между горячим и холодным спаями определяется с помощью измерительной термопары ИТ и пирометрического милливольтметра типа МПП, а термо-э.д.с. исследуемых термопар - милливольтметром, подключаемым к термопарам МК и ХК.

ЗАДАНИЕ

I. Изучить лабораторную установку, методику измерений.

2 Включить в сеть милливольтметр и нагреватель (песочную баню). Записать показания прибора МПП в °С по нижней шкале. (МПП показывает непосредственно разность температур)

3. Исследовать зависимость термо-э.д.с. термопар МК и ХК от разности температур Т между спаями в интервале от 0 до 150 с. Температуру фиксировать через каждые 10°С. Величина измеряемой э.д.с. определяется по шкале милливольтметра. Измерения проводить параллельно для двух термопар, переключая схему из положения I в положение II.

4. Отключить приборы от сети.

5. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

6. Построить градуировочные графики термопар МК и ХК, т.е. зависимость (Т).

7. По графикам, вычислить коэффициенты термо-э.д.с. каждой из термопар и сравнить полученные значения с табличными данными.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Из каких элементов состоит лабораторная установка, их назначение и взаимодействие?

2. Каковы механизмы, обусловливающие возникновение термо-э.д.с. в металлах?

3. Почему полупроводниковые термоэлементы имеют значительно большую термо-э.д.с., чем термоэлементы из металлов?

4. Чем объяснить возможное различие между измеренными значениями коэффициентов термо-э.д.с. и табличными данными для исследованных тзрмопар?

Литература [l, 5, 8, 14].