Piotr Biernat 10.12.96.
Laboratorium z fizyki ogólnej
Sprawozdanie z wiczenia nr 21
Temat wiczenia : Badanie moduu Peltiera
Program wiczenia :
1. Pomiar mocy chodzcej i grzejnej oraz sprawnoci moduu Peltiera
2. Wyznaczenie zalenoci temperatury gorcego koca moduu Peltiera od mocy
prdu zasilajcego modu
3. Badanie przetwarzania energii cieplnej na elektryczn
4. Pomiar wilgotnoci powietrza
Wstp
Efekt Peltiera polega na wykonywaniu pracy z wydzieleniem bd pobraniem ciepa przez kontakt dwóch metali. Ilo tego ciepa jest proporcjonalna do kontaktowej rónicy potencjaów midzy metalami i wynosi Q= q , gdzie
jest si elektromotoryczn Peltiera (zalen od rodzaju metali i temperatury),
q jest adunkiem przepywajcym przez zcze,
czyli inaczej Q= I t.
Obok siy elektromotorycznej Peltiera w obwodzie, w którego fragmentach zoonych z jednorodnych metali wystpuj gradienty temperatur wystpuj gradienty koncentracji i wytwarzaj si siy elektrmotoryczne Thompsona, których suma wyraa si w przyblieniu zalenoci : = (B- A)T, gdzie :
jest wspóczynnikiem Thompsona dla danego przewodnika.
Oba te efekty wystpujc cznie daj si elektromotoryczn Seebecka :
= 1- 2 + (B- A)T, która jest w przyblieniu liniowa.
Praca wyjcia
Praca wyjcia w ogólnoci jest rónic energii elektronu swobodnego w próni i w przewodniku. Jest wic energi jak naley dostarczy elektronowi, aby ten móg opuci przewodnik. Zastosowanie pracy wyjcia jako parametr charakteryzujcy konkretne przewodniki wymusio sprecyzowanie poziomu energetycznego, od którtego praca wyjcia bdzie liczona. Tym charakterystycznym dla kadego przewodnika poziomem jest poziom Fermiego, który okrela redni energi elektronów swobodnych.
EF=EFo,
EFo : jest poziomem Fermiego w temperaturze zera bezwzgldnego.
Tak wic praca wyjcia jest rónic energii elektronu w próni i energii Fermiego danego przewodnika.
ad. 1)
Wyniki serii pomiarów :
t [s] |
Tg |
Tz |
0 |
19.5 |
19.3 |
30 |
20.9 |
18.4 |
60 |
21.4 |
17.3 |
90 |
21.8 |
16.3 |
120 |
22.2 |
15.2 |
150 |
22.5 |
14.4 |
180 |
22.8 |
13.6 |
210 |
22.9 |
12.9 |
240 |
23.2 |
12.4 |
270 |
23.3 |
11.8 |
300 |
23.6 |
11.3 |
360 |
23.9 |
10.5 |
420 |
24.2 |
9.9 |
480 |
24.3 |
9.4 |
540 |
24.4 |
9.0 |
600 |
24.7 |
8.7 |
Parametry prdu : U=0.8V ±13% (odczyt z zasilacza : bd dyskretyzacji)
I = 2.5 A ±12% ( niedokadno ustawienia)
Pel=2 W ±25%
Wykres zalenoci temperatur koca gorcego Tg i koca zimnego Tz moduu Peltiera od czasu dla przepywajcego prdu o nateniu 2.5 A
Nachylenie zalenoci Tz(t) w chwili t=0 przyjmuj :
= |Tz(30) -Tz(0)| /30 = 0.9/30 = 0.03 K/s
Moc chodzc licz ze wzoru : Pch = mc , gdzie m=20.0g ±0.5% ; c=386 J/kgK
Pch = 0.23 W
Wspóczynnik sprawnoci chodzenia : =Pch/Pel =0.23/2 = 11.5 %
Przyjmujc = 0.2/0.9 = 22 % ( przyjmuj dokadno odczytu pojedynczego pomiaru T = 0.1 C ) :
Pch= (0.5+22) % =22.5 %
= Pch + Pel = (22.5+25)%= 47.5 %
Nachylenie zalenoci Tg(t) w chwili t=0 przyjmuj :
= |Tg(30) -Tg(0)| /30 = 1.4/30 = 0.047 K/s
Moc grzejn licz ze wzoru : Pgrz = mc
Pgrz = 0.36 W
Wspóczynnik sprawnoci grzania: =Pgrz/Pel =0.36/2 = 18 %
= 0.2/1.4 = 14 %
Pchł= (0.5+14) % =14.5 %
= Pchł + Pel = (14.5+25)%= 39.5 %
ad. 2)
Prd [A] |
U [V] |
Moc P [W] |
P [%] |
Uterm[mV] |
Tgor[st.C] |
2.48 |
1.1 |
2.73 |
21 |
2.78 |
69.5 |
2.04 |
0.9 |
1.83 |
26 |
2.53 |
63.2 |
1.52 |
0.7 |
1.06 |
34 |
2.35 |
58.9 |
1.02 |
0.4 |
0.40 |
54 |
1.88 |
47.2 |
0.5 |
0.25 |
0.12 |
100 |
1.40 |
35.4 |
Bd pomiaru mocy dyskwalifikuje wyniki.
ad. 3)
delta T [C] |
Una 4[mV] |
Moc [mW] |
11.9 |
33.8 |
0.286 |
9.9 |
27.3 |
0.186 |
8.9 |
24.2 |
0.146 |
7.9 |
21.2 |
0.112 |
6.9 |
18.3 |
0.084 |
5.9 |
15.1 |
0.057 |
4.9 |
12.5 |
0.039 |
3.9 |
9.7 |
0.024 |
2.9 |
7.0 |
0.012 |
Moc zostaa obkliczona ze wzoru :
P = , R = 4
ad. 4)
Pomiar wilgotnoci powietrza opiera si na pomiarze punktu rosy, czyli temperatury przy której para wodna zawarta w powietrzu osigaa nasycenie skraplajc si na powierzchni chodzonego bloku. Otrzymana z tablic gsto pary nasyconej równa jest gstoci pary wodnej zawartej w tym samym powietrzu o wyszej temperaturze. Zatem stosunek tej gstoci do gstoci pary nasyconej w danej temperaturze okrela wilgotn wzgldn.
Parametry powietrza odczytane z przyrzdów laboratoryjnych :
wilgotno : 42.5 ±2 %
temperatura : To = 20 ±0.2 C
Zmierzona temperatura punktu rosy : Tr = 9.5 C
Odczytane z tablic gstoci pary wodnej w odpowiednich temperaturach :
T [C] |
[g/m3] |
9.5 |
8.4 |
20.0 |
17.3 |
Wilgotno wzgldna : (Tr)/(To) = 48 %
Po przyjciu Tr = 2 C,
bd wilgotnoci mona wyrazi jako :
(Tr)=(d(Tr)/dTr)*Tr = 0.25*2 = 0.5 [g/m3] , =wilgotnoœci = 6 %
wilgotnoci = ±3 %
Wnioski
Uzyskane w wiczeniu wyniki charakteryzuj si bardzo duym bdem czasami wrcz (jak np. w przypadku pomiaru zalenoci temperatury od mocy) dyskwalifikujcym pomiar. Bdy zwizane z wyznaczeniem mocy prdu zasilajcego modu Peltiera, wynikaj z niedokadnoci miernika wbudowanego w zasilacz (dot. szczególnie woltomierza) i narzucaj konieczno uycia przy pomiarach dodatkowego woltomierza mierzcego napicie na module Peltiera (nie by on dostpny w trakcie wykonywania pomiarów). Dodatkow sugesti dotyczc przygotowania stanowiska laboratoryjnego jest uycie dwóch jednakowych mierników do pomiaru temperatur obu koców moduu Peltiera (zamiast jednego wyskalowanego w C i drugiego w woltach), co uatwioby kontrolowanie przebiegu pomiarów w trakcie ich wykonywania.
Rónica midzy zmierzon charakterystyk grzania i chodzenia, polegajca na szybszym spaszczeniu tej pierwszej wynika z roli jak odgrywaa pyta aluminiowa odprowadzajca ciepo od gorcego koca moduu Peltiera, nie pozwalajc mu osign wyszych temperatur. Zimny koniec by w tym czasie w kontakcie z pyt z tekstolitu, która charakteryzuje si mniejszym wspóczynnikiem przewodnictwa cieplnego, a wic by w mniejszym stopniu ogrzewany przez otoczenie.
Badany modu Peltiera wykaza stosunkowo nisk sprawno chodzenia. W praktycznych zastosowaniach stosuje si materiay póprzewodnikowe, które ze wzgldu na wiksz zaleno koncentracji noników od temperatury charakteryzuj si wysz sprawnoci.
Zaleno mocy od rónicy temperatur midzy dwoma kocami moduu Peltiera jest zalenoci kwadratow, jako e zaleno siy elektromotorycznej Seebecka od T jest w przyblieniu liniowa.
Pomiar wilgotnoci da wynik, z uwzgldnieniem bdu, bliski odczytowi z wilgotnociomierza znajdujcego si w pracowni.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
53, Cwiczenie 53 d, Piotr Biernat
47, Cwiczenie 47, _Piotr Biernat _
LABFIZ52, Piotr Biernat
44, 44B, Piotr Biernat
LABFIZ11, Piotr Biernat
LABFIZ01 2, Piotr Biernat
Ćwiczenie 1 2 09 15 10 2011
Ćwiczenia z 15.10.2010 (piątek) D. Pikulska, UJK.Fizjoterapia, - Notatki - Rok I -, Język łaciński
Ćwiczenia 15.10.2010 (piątek) mgr G. Lis, UJK.Fizjoterapia, - Notatki - Rok I -, Rozwój Biologiczny
[ćwiczenia] 15.10.09 Fizyczne czynniki ryzyka zdrowotnego, Ratownictwo medyczne, Ratownictwo, higien
21, Piotr Lityński
Ćwiczenie Chemia 1 (11 10 – 15 10 2010 r )
Ćwiczenia z 15.10.2010 (piątek) A. Fryczkowski, tabelki i notatki
Prawo autorskie, ART 21(1) PrAutor, III CZP 1/10 - z dnia 13 lipca 2010 r
Ćwiczenie Chemia 1 (11.10. – 15.10.2010 r.)
więcej podobnych podstron