Nr ćwiczenia ….................	Data …...................	Imię i nazwisko …...................	Wydział …..............	Semestr …...............	Grupa …............... Nr lab. …..............
Prowadzący …..........................................................................			Przygotowanie …...................	Wykonanie ….......................	Ocena …..........................

Cechowanie termoogniwa

1. Wstęp teoretyczny

Termoogniwo stanowią dwa różne przewodniki połączone ze sobą jak na rysunku. Jeżeli punkty łączenia znajdują się w różnych temperaturach, wówczas powstaje między nimi różnica potencjałów, zwana siłą termoelektryczną (zjawisko Seebecka), której wielkość zależy od zastosowanych przewodników oraz od różnicy temperatur:

współczynniki
charakterystyczne dla materiałów.

Bezpośrednią przyczyną wystąpienia siły termoelektrycznej jest różna wartość napięć kontaktowych w złączach posiadających różne temperatury. W każdej temperaturze istnieje pewna ilość elektronów, które posiadają energię kinetyczną wystarczającą do wykonania pracy wyjścia W, a zatem do wyjścia na powierzchnię metalu. Te elektrony tworzą tzw. prąd termoemisji skierowany prostopadle do powierzchni metalu. Gęstość prądu termoemisji określa prawo Richardsona - Dushmana i wynosi odpowiednio:

Gdy oba przewodniki zbliżymy na bardzo małą odległość, elektrony opuszczające metal A będą przechodziły do metalu B i odwrotnie. W sytuacji przedstawionej na rysunku
ze względu na wartości prac wyjścia W_a<W_b. Przewaga prądu
prowadzi do zwiększenia ilości elektronów w metalu B i do powstania ich niedomiaru w metalu A. W tej sytuacji metale naładują się przeciwnymi znakami i powstanie między nimi taka różnica potencjałów, że dalszy przepływ elektronów od A do B zostanie utrudniony i zrównoważony przepływem od B do A. W stanie równowagi strumienie elektronów w obu kierunkach są takie same, co oznacza:

Elektrony opuszczające metal A muszą wykonać, oprócz pracy wyjścia, pracę przeciwko różnicy potencjałów
. Tę różnicę potencjałów, powstającą w wyniku zetknięcia się dwóch przewodników, nazywamy napięciem kontaktowym. Jego wartość określona jest przez różnicę prac wyjścia obu metali:

Siła termoelektryczna może wystąpić także w przewodniku jednorodnym ( bez złącz), gdy między jego końcami wytworzymy różnicę temperatur. To zjawisko nosi nazwę efektu Thomsona i jest konsekwencją zależności energii Fermiego od temperatury.

.

W celu znalezienia napięć termoelektrycznych odpowiadających określonym różnicom temperatur
stosujemy układ, w którym jedno złącze znajduje się w naczyniu zawierającym mieszaninę wody z lodem, gwarantującą stałą T = 0^oC, a temperaturę drugiego złącza zmieniamy. Podnosząc stopniowo temperaturę, co 5⁰C mierzymy odpowiadające jej napięcie termoelektryczne. Podobne pomiary przeprowadzamy dla stygnięcia.

• III. Wyniki pomiarów.

1. Grzanie termoogniwa

a) Termoogniwo A - Fe-CuNi

= (2,71 ± 0,03)

b) Termoogniwo B - Cu-CuNi

= (5,28 ± 0,06)

c) Termoogniwo C - Nicrosil-Nisin

= (2,37 ± 0,03)

2. Chłodzenie termoogniwa

a) Termoogniwo A - Fe-CuNi

b) Termoogniwo B - Cu-CuNi

c) Termoogniwo C - Nicrosil-Nisin

IV. Wnioski

Ćwiczenie to pomaga przybliżyć zasadę działania termopary. Błędy pomiarowe wynikły z wielu czynników, m.in. były to przyrządy, a właściwie określona ich dokładność. Czas przeznaczony na wykonanie pomiarów był stanowczo zbyt krótki, więc aby wykonać wszystkie pomiary należało się pospieszyć z ich badaniem, a to z kolei zwiększyło znacząco błąd pomiaru. Trudność sprawiało ustabilizowanie temperatury grzejnika, więc podczas przełączania układu dla różnych termopar, temperatura ta często się zmieniała.

Podczas chłodzenia termoogniwa temperatura oraz napięcie spadały dość szybko co powodowało błąd odczytu, gdyż niejednokrotnie nie udało się zanotować napięcia dla odpowiadającej mu temperatury. Liczba pomiarów podczas stygnięcia wyniosła 5. Tak mała ilość nie pozwala na dokładne przedstawienie charakterystyki termopary. Towarzyszy temu dość duży błąd pomiarowy. Podczas przeprowadzania obliczeń koszystałem z programu MS Excel oraz StatS.

---