Imię i nazwisko:	Ćw. OE13. Cechowanie termopary i metalicznego termometrycznego.
Kierunek i rok:	Ocena z kolokwium: ………………….. …………………... Data/podpis	Ocena ze sprawozdania: …………………... …………………... Data/podpis	Ocena końcowa: …………………... …………………... Data/podpis
Nazwisko prowadzącego zajęcia:

Cel doświadczenia.

Cechowanie termopary i metalicznego termometrycznego.

Przebieg doświadczenia.

1. Odczytanie temperatury otoczenia, którą przyjmujemy za temp. zimnej spoiny.

2. Wykonujemy pomiar temp. oleju termometru rtęciowym, pomiar oporności opornika termometrycznego R i napięcia termometrycznego w temp. pokojowej.

3. Włączamy na około 20 sekund grzejnik w naczyniu grzejnym.

4. Ponownie włączamy grzejnik na około 20-30 sekund. Czas pracy grzejnika wydłużymy tak, by temp. wzrosła o 7K do 10K.

5. Pomiary wykonujemy do temp. 370-380K.

Teoria.

Skale termometryczne.

W fizyce używamy trzech podstawowych skal:

• Skala Celsjusza.

Jest ona oparta na dwóch punktach stałych: punkt topnienia lodu przy ciśnieniu normalnym. 1013hPa i punkt wrzenia wody przy ciśnieniu normalnym. Jednostka

• Skala Fahrenheita.

Można ją zdefiniować jako przyporządkowanie temp. wartości, a temp. wartości. Jednostka

• Skala Kelvina.

Do jej wyznaczania potrzebny jest tylko jeden punkt, tak zwany punkt potrójny wody, któremu przypisano temp. tzw. bezwzględną. Jednostka.

Cechowanie to nadawanie skali. Cechowanie umieszczenie na narzędziu pomiarowym znaków (cech) świadczących o tym, że spełniają one kreślone wymagania. (np. narzędzie odpowiada przepisom legalizacyjnym, a w wyrób ma określone właściwości np. określany skład chemiczny. Cechowaniem zajmuje się Główny Urząd Miar i podległe mu urzędy probiercze.

Zjawiska termoelektryczne:

1. Zjawisko Seebecka- powstanie siły termoelektrycznej w zamkniętym obwodzie składającym się z dwóch różnych metali, o ile miejsca styku tych dwóch metali znajdują się w różnych temp.

2. Zjawisko Peliteria-, gdy prąd elektryczny przepływa, przez miejsce styku dwóch różnych metali, to zależnie od kierunku przepływu prądu złącze to nagrzewa się lub oziębia.

3. Zjawisko Thomsona- nagrzewanie lub oziębianie pod wpływem przepływu prądu występuje także w jednorodnym przewodniku, którego końce znajdują się w różnych temperaturach.

Szczegółowy opis zjawiska Seebecka.

Zjawisko termoelektryczne polegające na powstawaniu siły elektromotorycznej (zależnej od różnicy temperatur i rodzaju stykających się ze sobą metali, czyli tak zwanej siły termoelektrycznej) i w konsekwencji tego przepływie prądu elektrycznego w miejscu styku dwóch metali lub półprzewodników (tak zwany termoelement o różnych temperaturach (w przewodniku o jednakowej temp. nie popłynie prąd), zamkniętym obwodzie termoelektrycznych np. tzw. termoparze.

Powstała w obwodzie siła termoelektryczna obwodzie zależy od rodzaju substancji, (czyli tak zwanej zdolności termoelektrycznej metali wyrażanej najczęściej ), z jakich został wykonany termoelement oraz różnicy temp. poszczególnych
części termoelementu. Opisany jest wzorem:

Natura zjawiska Seebecka.

Jeśli próbkę rozgrzać nierównomiernie, to - na skutek różnicy energii i koncentracji nośników ładunku - zacznie się ich ukierunkowany ruch. Jeżeli koniec próbki znajduje się

w temperaturze
, to na końcu próbki o temp.
będzie występowała większa koncentracja nośników ładunku, będą one również miały większą energię. W efekcie wystąpi ich dyfuzja w kierunku zimniejszego końca.
. Przepływ prądu dyfuzji prowadzi do pojawienia się rozkładu potencjału oraz wystąpienia prądu unoszenia. W warunkach równowagi obie składowe prądu są sobie równe i na zewnątrz obserwuje się tylko różnice potencjałów miedzy punktami o rożnej temp., czyli w miejscu styku dwóch spoin.

Dla metali w niezbyt niskich temperaturach zależność oporu R od temperatury wyraża się wzorem

- opór w temp.
.

- współczynnik temp. oporu.

Siła termoelektryczna w obwodzie elektrycznym nie ulega zmianie, jeśli podłączymy do niego przewodniki tak, by dodatkowe styki miały te same temp. Wobec tego możemy włączyć w obwód przyrządy miernicze.

Zależność oporu od temperatury.

Opór elektryczny:

• Izolator od
  do
  .

• Przewodnik od
  do
  .

• Półprzewodnik od
  do
  .

Opór elektryczny zależy także od temp. i tak w przewodnikach opór rośnie z temp. a w półprzewodnikach opór maleje wraz ze wzrostem temp.

Termopara- (termoelement, ogniwo termoelektryczne, termo ogniwo) obwód złożony z 2 przewodników lub półprzewodników spojonych końcówkami, w których, w wyniku utrzymywania spojeń w różnych temp. powstaje siła termoelektryczna. Czyli jest to czynnik temperaturowy wykorzystujący zjawisko Seebecka.

Materiały do budowy termopary powinny posiadać:

• wysoką temp. topnienia.

• dużą odporność na czynniki zewnętrzne.

• małą rezystywność.

• wysoką temp. pracy ciągłej.

• niezmienność parametrów w czasie.

Zalety termopary.

• nie wymaga zewnętrznego zasilania.

• niewielkie rozmiary.

• niska pojemność cieplna.

• mała bezwładność czasowa.

• szeroki zakres pomiarowy przy dość dobrej liniowości.

• prostota i niskie koszty wykonania.

• duża niezawodność.

Siła elektromotoryczna- (powstaje w wyniku indukcji) jest różnic potencjałów (napięciem elektrycznym) powstają w źródle prądu elektrycznego, czyli urządzaniu przetwarzającym różne rodzaje energii na energię elektryczną, powstającą w wyniku tej przemiany.

Obliczenia.

Tabela wyników pomiarów dokonanych przeze mnie:

L.p.	T [K]	R [Ω]	UAB [mV]	(T2 - T1) [K]
1	299	117,4	0,1	3
2	311	126,7	0,7	15
3	315	129,4	0,9	19
4	319	131,5	1,1	23
5	321	133,0	1,2	25
6	324	135,0	1,4	28
7	329	137,7	1,6	33
8	331	138,7	1,7	35
9	333	140,2	1,9	37
10	339	144,2	2,1	43
11	341	145,4	2,2	45
12	343	148,0	2,4	47
13	349	151,2	2,6	53
14	355	154,9	2,9	59
15	358	157,0	3,0	62
16	361	159,0	3,2	65
17	363	160,6	3,3	67
18	366	162,8	3,5	70
19	371	166,5	3,8	75
20	373	167,7	3,9	77

Metodą regresji liniowej wyznaczam wartość R₀ oraz obliczam współczynnik α.

L.p.	T [K]	R [Ω]	T^2 {K]	R^2 [Ω]	RT [ΩK]
1	26	117,4	676	13782,76	3052,4
2	38	126,7	1444	16052,89	4814,6
3	42	129,4	1764	16744,36	5434,8
4	46	131,5	2116	17292,25	6049,0
5	48	133,0	2304	17689,00	6384,0
6	51	135,0	2601	18225,00	6885,0
7	56	137,7	3136	18961,29	7711,2
8	58	138,7	3364	19237,69	8044,6
9	60	140,2	3600	19656,04	8412,0
10	66	144,2	4356	20793,64	9517,2
11	68	145,4	4624	21141,16	9887,2
12	72	148,0	5184	21904,00	10656,0
13	76	151,2	5776	22861,44	11491,2
14	82	154,9	6724	23994,01	12701,8
15	85	157,0	7225	24649,00	13345,0
16	88	159,0	7744	25281,00	13992,0
17	90	160,6	8100	25792,36	14454,0
18	93	162,8	8649	26503,84	15140,4
19	98	166,5	9604	27722,25	16317,0
20	100	167,7	10000	28123,29	16770,0
SUMA	1343	2906,9	98991	426407,27	201059,4

Korzystając wzoru na opór
i metodą regresji liniowej mogę wyznaczyć
oraz
.

Na podstawie wzoru można zauważyć, że:

Zatem:

Metodą regresji liniowej wyznaczam współczynnik
.

L.p.	(T2 - T1) [K]	UAB [V]	(T2 - T1)^2 [K]	UAB^2 [V]	(T2 - T1)UAB [VK]
1	3	0,0001	9	0,00000001	0,000
2	15	0,0007	225	0,00000049	0,011
3	19	0,0009	361	0,00000081	0,017
4	23	0,0011	529	0,00000121	0,025
5	25	0,0012	625	0,00000144	0,030
6	28	0,0014	784	0,00000196	0,039
7	33	0,0016	1089	0,00000256	0,053
8	35	0,0017	1225	0,00000289	0,060
9	37	0,0019	1369	0,00000361	0,070
10	43	0,0021	1849	0,00000441	0,090
11	45	0,0022	2025	0,00000484	0,099
12	47	0,0024	2209	0,00000576	0,113
13	53	0,0026	2809	0,00000676	0,138
14	59	0,0029	3481	0,00000841	0,171
15	62	0,0030	3844	0,00000900	0,186
16	65	0,0032	4225	0,00001024	0,208
17	67	0,0033	4489	0,00001089	0,221
18	70	0,0035	4900	0,00001225	0,245
19	75	0,0038	5625	0,00001444	0,285
20	77	0,0039	5929	0,00001521	0,300
SUMA	881	0,0435	47601	0,00011719	2,361

Korzystając wzoru na opór
i metodą regresji liniowej mogę wyznaczyć
.

Gdzie:

Zatem:

Wnioski:

---