wiczenie 9 ”Termopara”
Temat: Termopara
Cel: Zbadanie zjawiska Seebecka i poznanie zastosowania termopary w termometrii.
Przyrzdy: Dwie identyczne termopary, woltomierz, termometr, naczynie z mieszanin wody i lodu, podgrzewane naczynie z wod, naczynie ze stopem Wooda.
I. Metoda pomiaru
Na styku dowolnych dwóch rónych materiaów zachodzi zjawisko wymiany elektronów, w wyniku czego warstwy stykajce si s naadowane adunkami przeciwnego znaku. W obszarze styku istnieje wic kontaktowe pole elektryczne i pomidzy materiaami stykajcymi si wystpuje kontaktowa rónica potencjaów, nazywana w przypadku styku dwóch rónych metali napiciem Galvaniego. Zaley ono od rodzaju stykajcych si metali oraz od temperatury styku. Jeli z dwóch drutów, np. miedzianego i aluminiowego wykonamy obwód zamknkity, to na stykach Cu/Al powstaj napicia Galvaniego skierowane przeciw sobie. Gdy temperatury obydwu styków s jednakowe, to napicia te kompensuj si cakowicie. Gdy temperatury styków s róne, to napicia Galvaniego nie zrównowa si i w obwodzie popynie prd nazywany termoelektrycznym. Rónica napi Galvaniego stanowi si elektromotoryczn wzbudzajc prd w tym obwodzie. Nazywana jest si termoelektryczn. Zjawisko powstawania siy termoelektrycznej w obwodzie zoonym z dwóch przewodników jest nazywane zjawiskiem termoelektrycznym Seebecka. Obwód zoony z dwóch przewodników, których styki mog znajdowa si w rónych temperaturach, nazywa si termopar. Dowiadczenie wykazuje, e wielko siy termoelektrycznej jest proporcjonalna do rónicy temperatur styków termopary, a wspóczynnik proporcjonalnoci jest zaleny od rodzajów materiaów tworzcych styki.
Pomiar siy termoelektrycznej wymaga wczenia w obwód woltomierza. Przy wczeniu woltomierza w jeden z przewodów termopary powstaj dodatkowe zcza, które w przypadku rónicy temperatur wprowadzaj dodatkowe zaburzenie. Mona tego unikn przez zastosowanie przycze woltomierza z zachowaniem identycznej temperatury styków. Termopara badana w laboratorium ma przycza do woltomierza utrzymywane w temperaturze pokojowej (rys.1). Wtedy mierzone woltomierzem napicie bdzie proporcjonalne do rónicy temperatur zcza ciepego T1 i zimnego T2:
(1)
Rys.1.Termopara w laboratorium wykonana jest z dwóch rodzajów drutów, oznaczonych symbolicznie a i b
Temperatura T2 wody chodnej znajdujcej si w naczyniu Dewarajest praktycznie staa w czasie prowadzenia wiczenia..Dlatego sia termoelektryczna zalena od rónicy temperatur ma warto rón przy rónych wartociach temperatury ciepego zcza. Gdy wyznaczymy zaleno pomidzy temperatur T1 i si termoelelektryczn to termopara jest wycechowana do pomiaru temperatury. W tym wiczeniu termopara zostanie wykorzystana do wyznaczania temperatury topnienia stopu Wooda.
Rys.2.Przykadowe zalenoci temperatury ukadu od iloci dostarczonego ciepa (a) i siy termoelektrycznej od czasu (b) przy przy podgrzewaniu ze sta moc.
Temperatur topnienia nazywa si temperatur wspóistnienia faz staej i ciekej. Podczas podgrzewania ciaa staego jego temperatura wzrasta a rozpocznie si proces topnienia. W czasie dalszego podgrzewania temperatura pozostaje staa a nastpi stopienie caego ciaa. Przy dalszym podgrzewaniu nastpi wzrost temperatury cieczy. Przykadow ilustracj przedstawia rysunek 2a. Jeli temperatur bdziemy okrela przez pomiar siy termoelektrycznej w czasie podgrzewania ze sta moc, to zaleno wskaza woltomierza od czasu bdzie podobna do przedstawionej na rysunku 2b. Temperaturze topnienia T0 odpowiada w takim pomiarze napicie U0 zachowujce sta warto przez pewien czas podgrzewania stopu. Jeli termopara jest wycechowana, to znajc U0 mona wyznaczy temperatur topnienia badanego ciaa.
II. Wykonanie pomiarów
Termopara jest podobn do przedstawionej na rysunku 1. Jedno spojenie termopary znajduje si w naczyniu z grzak wypenionym wod. Drugie spojenie termopary znajduje si w naczyniu Dewara z wod. Po doczeniu woltomierza do termopary i wybraniu odpowiedniego zakresu pomiarowego (0-10 mV) naley mierzy zaleno pomidzy si termoelektryczn termopary a temperatur podgrzewanej wody. Pomiary naley przeprowadzi przy zmianie temperatury wody o kilka stopni.
Termopara do pomiaru temperatury topnienia stopu Wooda jest identyczna z badan w poprzednim punkcie. Naley poczy j z woltomierzem i prowadzi podgrzewanie stopu. Pomiar siy termoelektrycznej naley prowadzi w równych odstpach czasu (10 s lub 20 s). Pomiar naley prowadzi tak dugo, a cay stop stopi si i jego temperatura zacznie po stopieniu wzrasta.
III. Opracowanie wyników
Sporzdzi wykres zalenoci siy termoelektrycznej od temperatury podgrzewanej wody.
Obliczy wspóczynniki zalenoci liniowej pomidzy temperatur wody a si termoelektryczn:
. (2)
Obliczy odchylenia standardowe wspóczynników a i b.
Sporzdzi wykres zalenoci pomidzy si termoelektryczn termopary mierzcej temperatur stopu Wooda a czasem podgrzewania stopu.
Z wykresu naley odczyta warto staego napicia U0 zmierzonego w czasie topnienia stopu i przy pomocy wzoru (2) obliczy temperatur topnienia stopu Wooda. W wiczeniu proces podgrzewania prowadzi si szybkow (w warunkach nierównowagowych), wic w czasie topnienia stopu temperatura mierzona punktowo (w pooeniu styku termopary) ulega powolnej zmianie. Wynikiem zbyt szybkiego podgrzewania moe by zaleno SEM od czasu podobna do przedstawionej na rysunku 3. Wówczas za 
mona przyj 
, natomiast 
mona uzna za niepewno pomiaru 
.
Rys.3. Zaleno U(t) z przejaskrawionym wpywem braku równowagi
Oszacowa odchylenie standardowe (niepewno) pomiaru temperatury topnienia. Mona wykorzysta relacj:
. (3)
IV. Pytania kontrolne
Co to jest sia termoelektryczna ?
Dlaczego sia termoelektryczna jest zerowa przy równej temperaturze zcz termopary ?
Na czym polega zjawisko Seebecka ?
Do czego mona zastosowa zjawisko Seebecka ?
Co to jest temperatura topnienia ?
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Ćw nr 7. Elektromagnes, ?wiczenie 7
Ćw nr 5. Charakterystyki I - U, ?wiczenie 7
cw nr 14
Biofizyka kontrolka do cw nr 20
Zestaw ćw nr 10, zestawy ćwicze gimnastycznych, zestawy ćwiczeń gimnastycznych
sprawozdanie ćw nr 1(1)
Biofizyka instrukcja do cw nr 23
Biofizyka instrukcja do cw nr 0 Nieznany (2)
ćw nr 2 badanie lamp fluorescencyjnych (2)
Cw nr 15
Cw nr 4
Biofizyka instrukcja do cw nr 09
Cw NR 3 skalisz pom 2014 kl II
Cw nr 8
więcej podobnych podstron