BADANIE SIŁY TERMOELEKTRYCZNEJ METALI

Cel ćwiczenia :

1. Przyswojenie fizycznych zasad siły termoelektrycznej w metalach.

2.Zapoznanie się z metodami pomiaru siły termoelektrycznej.

3.Pomiar siły termoelektrycznej miedzi .

Elektryczne i termoelektryczne charakterystyki ciał stałych określane są takimi fundamentalnymi wielkościami jak: stężenie i ruchliwość elektronów ,praca wyjścia elektronu ,budowa stref Brillouina. Dlatego też właściwości substancji silnie zależą od jej składu fazowego ,stężenia i rozłożenia dodatków w sieci ,wad budowy krystalicznej i in. Dzięki tej zależności można zmiany elektryczne wykorzystać nie tylko do badania fizykalnej budowy ciał ,ale również do badań nieniszczących stopów w celu uzyskania informacji o ich strukturze i właściwościach .

Efekt termoelektryczny został odkryty przez Seebecka Polega on na powstawaniu siły termoelektrycznej E w obwodzie złożonych z dwóch drutów wykonanych z różnych metali i umieszczeniu ich spoin w różnych temperaturach T
i T
(T
>T
) . W obwodzie takim płynie prąd ( rys. 1) od metalu A do B w spoinie gorącej i od B do A w spoinie zimnej Siłę termoelektryczną powstał w obwodzie określa zależność :

E = α
ΔT

gdzie ;*
-współczynnik Seebecka pary metali A i B ΔT- różnica temperatur T
- T

Współczynnik Seebecka termopary jest różnicą współczynników metali które ją

tworzą:

α
= α
- α

Rys.1 Powstawanie siły termoelektrycznej .

Prawie wszystkie metody badania termoelektrycznych właściwości metali i półprzewodników bazują na pomiarze współczynników w odniesieniu do elektrody wzorcowej. Najważniejszym wymogiem stawianym elektrodzie wzorcowej jest stabilność współczynnika Seebecka * w funkcji temperatury .Najdokładniej wielkość ta została określona dla miedzi . Wartości * = f(T) podawane przez różnych autorów są porównywalne, a różnice spowodowane są domieszkami znajdującymi się w miedzi. Temperaturową zależność współczynnika

*
= 1,722+0,00534 t

gdzie: t- temperatura w stopniach Celsjusza

Dla platyny w zakresie temperatur 0 - 300
C zależność ta opisana jest równaniem:

*
= 3,3 - 0,0375 t + 0,00000403 t

a ale temperatury powyżej 300
C:

*
= - 6,59 - 0,00145 t

W ostatnich latach dostatecznie wyznaczono zależności * = f(T) dla palladu ,wolframu i molibdenu, co umożliwia zastosowanie elektrod wzorcowych do pomiaru wysokich temperatur. Oprócz tego uzyskano dane o sile termodynamicznej wielu innych materiałów np.

chromel czy alumer. Wartości współczynników * = f(T) dla chromelu i alumelu podano w tablicy 1.

Tabl. 1 Temperaturowa zależność współczynnika * dla chromelu i alumelu.

Chromel		Alumel
t [ C]	*	t [ C ]	*
50	23,9	50	- 17,0
100	24,1	100	-16,5
150	24,2	150	- 16,2
200	24,1	200	- 16,4
250	23,8	250	- 16,9
300	23,6	300	- 17,7
350	23,1	350	- 18,7
450	21,6	450	- 20,9
550	19,9	550	- 22,7
650	17,8	650	- 24,8
750	15,3	750	- 25,9
850	13,2	850	- 27,4

Badanie próbek metali dla;

- Chrom,

- Stal 40 ltm

- Stal

Chrom: Stal 40 ltm Stal

1. 28*10 = 280 mV 26*10 = 260 mV 20*10 = 200 mV

2 . 26*10 = 260 mV 30*10 = 300 mV 21*10 = 210 mV

3. 26*10 = 260 mV 28*10 = 280 mV 19*10 = 190 mV

4. 24*10 = 240 mV 27*10 = 270 mV 20*10 = 200 mV

5. 23*10 = 230 mV 30*10 = 300 mV 21*10 = 210 mV

6. 24*10 = 240 mV 32*10 = 320 mV 22*10 = 220 mV

Różnice pomiędzy pierwszym pomiarem a ostatnim jest większa niż 5%.

Oznacza to że chrom, stal 40 ltm i stal nie jest jednolitym stopem .

Z trzech powłok wykreślić wykresy.

E - sił termodynamiczna [mV]

g - grubość powłoki [Mm]

Powłoki	g = 5 Mm	g = 20 Mm	g = 40 Mm
Sn	240	200	190
Cd	250	220	200
Zn	290	240	220

E = f (g)

Im grubość grubsza powłoka tym energia mniejsza.

---