Эффект Томсона

Цель работы,

Изучается эффект Томпсона на минералах и породах как функ­ция температуры.

Основные сведения.

Под действием градиента температуры в образце одного мине­рала возникает электродвижущая сила. Это явление было названо эф­фектом Томпсона - по имени ученого, впервые обнаружившего это яв­ление.

Если образец минерала с известными свойствами нагревать с одного конца, то свободные заряды, приобретая тепловую энергию в нагретой зоне, переходят в холодную зону, нарушая электри­ческое равновесие. В результате такого перемещения зарядов на нагретом и холодном концах образца создается разность потенциалов равная

где: l - длина образца; T –температура нагретого конца образ­ца, считая начальную температуру за 0, r₀ - начальное сопро­тивление образца, Е - ширина запрещенной зоны минерала; k -- постоянная Больцмана; q - величина заряда; n₀ - начальная плотность зарядов, m - масса заряда.

Постановка эксперимента.

Образец должен иметь форму стержня (рис. 1.). В этом случае измери­тельный прибор представляет собой два контакта-зажима, установ­ленных на платформу посредством изоляторов. Между зажимами ус­танавливают образец. Вблизи одного из зажимов расположен нагревательный элемент, питаемый от ЛАТРа. Второй зажим остается при комнатной температуре. Разность потенциалов изме­ряют между зажимами, поскольку они изолированы от платформы, но контактируют с концами стержней. Для измерения разности потенциалов применяют милливольтметр. Температуру измеряют термопара­ми, закрепленными на кордах зажимов при помощи милливольтметра или современными цифровыми приборами (см. работу №8).

Напряжение на нагревательный элемент подают от регулятора напряжения. Внимание: величину напряжения устанавливает преподаватель.

Методика выполнения работы.

Измеряют образец. Устанавливают его на измерительном при­боре, зажимают между контактными зажимами. Подключают приборы - милливольтметры к термопарам и к контактным стержням. Подклю­чают нагревательную спираль к регулятору напряжения. Внимание: перед подключением к регулятору напряжения его необходимо отк­лючить от сети и поставить ручку в положение "нуль напряжения.

По согласованию с преподавателем включают регулятор нап­ряжения в сеть и устанавливают заданное напряжение (50 В), изме­ряют температуру и соответствующее значение разности потенциалов. Результаты измерений заносят в таблицу. По результатам эксперимента строят зависимость U(τ) и рас­четом определяют величину заряда q или его плотность n₀.

Техника безопасности.

1. Все переключения в схеме производить при отключенном напряжении.

2. Прибор включать в сеть после разрешения преподавателя.

Обработка результатов эксперимента

Результаты заносят в таблицу.

Контрольные вопросы

4. Как можно использовать эффект Томсона минералов?

5. Какие минералы могут дать наибольшую разность потенциалов за счет эффекта Томсона?

6. Объясните физическую сущность эффекта Томсона.