Описание лабораторной установки и получение

Расчетной формулы

Принципиально термопару можно представить как замкнутую цепь, состоящую из двух разнородных проводников 1 и 2 (рис. 4.2).

 

 

Рис. 4.2.

 

Если температура спаев а и b будет разная, например, T ₁> T ₂, то, согласно формуле (4.3), контактная разность потенциалов в горячем спае будет больше, чем в холодном, т.е. U ₁> U ₂. В результате между спаями а и b возникает ЭДС, называемая термоэлектродвижущей силой, и в замкнутой цепи потечет ток. Так как один из спаев будет способствовать движению электронов по часовой стрелке, а другой против, то термоэлектродвижущая сила

 

=U ₁– U ₂.

 

На основании формулы (4.3) получим

 

,   (4.4)

или

.                         (4.5)

 

Таким образом, термоэлектродвижущая сила термопары зависит не только от материала проводников, но и от разности температур контактов (спаев).

Величина  называется удельной термоэлектродвижущей силой термопары. Из формулы (4.5) имеем

 

a= /DT,                                    (4.6)

т.е. удельная термоэлектродвижущая сила численно равна электродвижущей силе, возникающей в термопаре при разности температур контактов в один кельвин.

Термопары используются как для измерения высоких температур, так и для обнаружения очень слабых нагреваний. Кроме того, термопары как источники термотока широко используются как элементы автоматики в различных нагревательных приборах. Обратите внимание на то, что величина удельной термоЭДС зависит от диапазона температур, в котором работает термопара.

В данной лабораторной работе определяется удельная термоЭДС в диапазоне 0…200^оС.

Установка для выполнения работы представляет собой термопару, укрепленную на штативе. Один спай термопары погружен в термостат, другой – в стакан с водой при комнатной температуре. Причем температура воды в стакане на протяжении всего опыта поддерживается постоянной.

Термопара, применяемая в работе, изготовлена из медной и константановой проволоки, концы которой сварены и образуют спаи термопары. Один из проводников разорван, концы его подключены к клеммным зажимам, к которым присоединяется гальванометр для измерения величины термотока.

Для определения удельной термоэлектродвижущей силы необходимо знать величину термоЭДС. По закону Ома

.

Так как внутреннее сопротивление термопары r мало по сравнению с сопротивлением R гальванометра, то можно записать

.                                          (4.7)

 

Величину термотока легко найти по формуле

,                                           (4.8)

где с – цена деления гальванометра;

n – число  делений   шкалы  гальванометра,  указываемое  стрелкой прибора.

Значения постоянной с и сопротивления указаны на шкале гальванометра.