WSTĘP TEORETYCZNY:

Zjawiska termoelektryczne- zjawiska łączące procesy cieplne i elektryczne w danych materiałach, najczęściej metalach, stopach i półprzewodnikach.

Jeżeli miejsce spojeń dwóch metalowych przewodników będą miały z powodu czynników zewnętrznych różne temperatury, przez układ popłynie prąd.

Wartość napięcia i natężenia prądu będzie zależała liniowo od różnicy temperatur na łączach. Powstanie niezerowego napięcia to zjawisko Seebecka.

Zjawisko Peltiera zachodzi, jeżeli przez układ przewodników (ze spojeniami o ten samej temperaturze) zacznie płynąć prąd to na jednym z styków wydzielone będzie ciepło, a na drugim styku złącza ciepło będzie pochłaniane. Kierunek przepływu ciepła zależy od kierunku przepływu prądu.

Zjawisko Thompona zachodzi w pojedynczym przewodniku, przez który płynie prąd, a którego końce mają różne temperatury. W zależności od kierunku przepływu prądu w przewodniku będzie wydzielane lub pochłaniane ciepło.

TERMOPARA:

Ogniwo termoelektryczne zwane także termoparą to układ dwóch przewodników połączonych wzajemnie w dwóch miejscach. Na skutek różnicy temperatur między miejscami łączenia w układzie takim powstaje siła elektromotoryczna (napięcie elektryczne). Wartość tego napięcia jest proporcjonalna do różnicy temperatur w miejscach styków. Napięcie U termopary wyraża się wzorem:

gdzie α jest stałą termopary a T­₁ i T₂ to temperatury styków.

Układ doświadczalny:

W skład układu doświadczalnego wchodzą termopary wchodzą: miliwoltomierz, termometr. Pomiar odbywa się z wykorzystaniem dwóch stanowisk o różnej temperaturze: zlewki i lejka z mieszaniną wody w lodem oraz zlewki z wodą podgrzewanej za pomocą grzejnika elektrycznego.

PLAN PRACY:

1. Przygotowanie układu doświadczalnego.

2. Podłączenie termopary do miliwoltomierza.

3. Włączenie miliwoltomierza i sprawdzenie wartości napięcia dla różnicy temperatur
   , oraz odnotowanie temperatury otoczenia.

4. Rozkruszenie lodu i przesypanie do lejka a następnie zalanie wodą.

5. Zanurzenie jednego końca termopary do zlewki z wodą stojącą na grzejniku, drugiego w mieszaninie wody z lodem.

6. Włożenie termometru do wody.

7. Ustalenie stałej różnicy temperatur pomiędzy dwoma końcówkami termopary.

8. Włączenie grzejnika elektrycznego.

9. Wraz ze wzrostem temperatury odczytywanie i zapisywanie temperatury oraz wartości napięcia.

10. Wyłączenie grzejnika. Mieszając wodę odczytywanie i zapisywanie temperatury oraz wartości napięcia podczas ochładzania wody.

OBLICZENIA I RACHUNEK NIEPEWNOŚCI POMIAROWEJ:

W poniższej tabeli przedstawiono dane uzyskane w czasie wykonywanie doświadczenia:

podczas ogrzewania			przy ochładzaniu
temperatura [ºC]	odczytane napięcie dla zakresu 10 [Mv]	Napięcie [mV] po przeliczeniu na odpowiedni zakres	temperatura [ºC]	odczytane napięcie dla zakresu 10 [Mv]	Napięcie [mV] po przeliczeniu na odpowiedni zakres
26	11	1,10	93	37	3,70
31	10	1,00	91	36,5	3,65
33	11	1,10	89	36	3,60
35	11	1,10	87	35	3,50
37	12	1,20	85	34	3,40
39	12,5	1,25	83	33	3,30
41	13	1,30	81	32	3,20
43	14	1,40	79	31	3,10
45	15	1,50	77	30	3,00
47	15,5	1,55	75	29	2,90
49	16	1,60	73	28	2,80
51	17	1,70	71	27	2,70
53	18	1,80	69	26	2,60
55	18,5	1,85	67	25	2,50
57	19	1,90	65	24	2,40
59	20	2,00	63	23	2,30
61	21	2,10	61	21,5	2,15
63	22	2,20	59	22	2,20
65	22,5	2,25	57	20	2,00
67	23,5	2,35	55	19	1,90
69	25	2,50	53	18	1,80
71	25	2,50	51	17,5	1,75
73	26	2,60	49	17	1,70
75	27	2,70	47	16	1,60

podczas ogrzewania			przy ochładzaniu
temperatura [ºC]	odczytane napięcie dla zakresu 10 [Mv]	Napięcie [mV] po przeliczeniu na odpowiedni zakres	temperatura [ºC]	odczytane napięcie dla zakresu 10 [Mv]	Napięcie [mV] po przeliczeniu na odpowiedni zakres
77	28	2,80	45	15	1,50
79	29	2,90	43	14	1,40
81	30	3,00	41	13	1,30
83	31	3,10	39	12	1,20
85	32	3,20	37	11	1,10
87	33	3,30	35	10	1,00
89	34	3,40	33	9	0,90
91	35	3,50	31	8	0,80
93	35,5	3,55	28	7	0,70
95	36	3,60
97	37	3,70
98	38	3,80
99	38,5	3,85
100	39	3,90

Następnie dla każdej temperatury obliczono średnią arytmetyczną z wartości napięcia U zmierzonych podczas podgrzewania i schładzania wody:

Temperatura [ºC]	Napięcie [mV]
27	0,90
31	0,90
33	1,00
35	1,05
37	1,15
39	1,23
41	1,30
43	1,40
45	1,50
47	1,58
49	1,65
51	1,73
53	1,80
55	1,88
57	1,95
59	2,10
61	2,13
63	2,25
65	2,33
67	2,43
69	2,55
71	2,60
73	2,70
75	2,80
77	2,90
79	3,00
81	3,10
83	3,20
85	3,30
87	3,40
89	3,50
91	3,58
93	3,63
95	3,60
97	3,70
99	3,85

Sporządzono wykres zależności napięcia od temperatury:

Mieszanina wody z lodem m stałą temperaturę: 0ºC. Zatem różnica temperatur we wzorze
jest równa temperaturze T­₁ mierzonej przy pomocy termometru.

W wyznaczonej metodzie regresji liniowej wartość 0,0441 jest szukaną stałą termopary zgodnie ze wzorem:

Wartość β (-0,505) to wyraz poprawkowy związany z niepewnością pomiarów.

Niepewność pomiarowa dla temperatury to niepewność systematyczna i wynosi: Δx = ± 1 [ºC] - ponieważ taka jest skala przyrządu. Natomiast niepewność systematyczna dla miliwoltomierza wynosi Δy = ± 0,1 [mV] ze względu na ustaloną skale.

Niepewność β obliczono ze wzoru:

---