background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

1

Ćwiczenie 

nr 15

 

Temat ćwiczenia: 

Odwracalne zjawisko termoelektryczne 

Konspekt 

Nr zespołu: 

Wydział, rok, grupa: 

Data 

Ocena 

Nazwisko i imię 

Teoria 

Wykonanie ćwiczenia 

Końcowa z ćwiczenia 

1. 

 

 

 

2. 

 

 

 

Elementy układu
1) element termoelektryczny, 

2) dwa pojemniki styropianowe, 

3) termometry elektroniczne, 2 szt. 

4) czajnik elektryczny 

5) obciążenie o zmiennym oporze; 

6) komplet przewodów, 

7) miernik uniwersalny: 2 szt. 

8) stoper; 

9) silnik elektryczny ze wskaźnikiem obrotów, 

10) przykrywka pojemnika. 
 
 
 
 
 

 

1. Wprowadzenie 

W  poszukiwaniu  niekonwencjonalnych  źródeł  energii  elektrycznej  opracowuje  się  nowe 

urządzenia pozwalające na bezpośrednią konwersje energii cieplnej na energie elektryczną. W 

urządzeniach tych wykorzystuje się tzw. zjawisko termoelektryczne. Źródłem energii cieplnej 

dostarczanym  do  takich  urządzeń  może  być  zarówno  energia  promieniowania  słonecznego, 

jak  również  można  dzięki  nim  wykorzystać  ciepło  wydzielające  się  podczas  procesów 

spalania paliw stałych i płynnych, jak również inne rodzaje ciepła odpadowego, powstającego 

podczas różnych procesów technologicznych.  

W roku 1821 niemiecki fizyk Thomas Johann Seebeck odkrył, ze wokół układu składającego 

się  z  dwóch  drutów,  połączonych  na  obydwu  końcach,  ale  izolowanych,  występuje  pole 

magnetyczne.  Pole  to  występuje  wtedy,  gdy  druty  te  wykonane  są  z  dwóch  różnych 

materiałów- przewodników, lub wtedy gdy temperatura obu połączeń jest różna. 

Fizyk  ten  opublikował  swoje  obserwacje  w  następnym  roku,  a  zjawisko  to  zostało  nazwane 

efektem Seebecka. 

Efekt termoelektryczny Seebecka 

W obwodzie składającym się z dwu różnych elementów A oraz B (metali, półprzewodników), 

których złącza mają temperatury T + 

∆T oraz T, powstaje siła termoelektryczna i płynie prąd 

termoelektryczny (efekt Seebecka)  Rys.1. 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

2

 

Rys.1. Powstawanie siły termoelektrycznej. Materiał A jest dodatni w stosunku do materiału 

B,  tzn.  prąd  w  elemencie  A  płynie  od  końca  o  wyższej  temperaturze  do  końca  o  niższej 

temperaturze. 

dT

dU

S

=

 lub         

dT

dU

=

α

 

gdzie: 

α, S- współczynnik Seebecka [µV/K] 

Dla pojedynczego przewodnika można zdefiniować bezwzględną różnicową termo-SEM, tzw. 

współczynnik  Seebecka,  który  wiąże  powstałe  pole  elektryczne  z  istniejącym  gradientem 

temperatury 

∇ T 

E

s

S

=

 

⋅∇T   lub E

s

α⋅∇T 

Obwód  zamknięty  musi  składać  się  jednak  z  co  najmniej  dwu  różnych  materiałów,  których 

złącza mają różne temperatury, aby wypadkowa siła elektryczna była różna od zera. 

Względna różnica termo-SEM wynosi wówczas 

S

AB

 = S

B

- S.A.

 

lub

=

α

AB

α

B

α

i służy do wyznaczania termo-SEM układu, którego złącza mają temperatury T

1

 i T

2

 

 

W  ogólności  termo-SEM  dla  układu  dwu  materiałów  jest  funkcją  różnicy  temperatur  ich 

złączy: 

U

AB

 = f( T

1

- T

co jest podstawą wykorzystania danego układu ( np. termopary) do pomiaru temperatur. 

W  przypadku  obwodu  zamkniętego  złożonego  z  dwóch  różnych  metali,  w  których 

temperatury  złącz  są  jednakowe,  napięcie  U

AB

  powstające  na  jednym  ze  złącz  jest 

kompensowane  przez  napięcie  U

BA

  na  drugim  złączu.  W  obwodzie  prąd  nie  płynie.  Jeżeli 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

3

temperatury złącz T

1

 i T

2

 

s

 są różne to U

AB

 jest różne od U

BA

 i w obwodzie pojawi się siła 

termoelektryczna U= U

AB

 - U

BA

 powodująca przepływ prądu. 

Rys.2. Efekt termoelektryczny – schemat 

Na tym zjawisku opiera się zasada działania termopar, 

przyrządów  służących  do  pomiaru  temperatury. 

Główna 

zaleta 

to 

przetwarzanie 

bezpośrednio 

wielkości  nieelektrycznej  –  temperatury  na  wielkość 

elektryczną  –  napięcie.  Pozwala  to  przesyłać  sygnały 

na duże odległości, przetwarzanie i gromadzenie danych o temperaturze badanego obiektu, a 

także  sterowanie  różnymi  procesami.  Różnica  potencjałów  powstająca  na  styku  metali 

nazywana jest kontaktową różnicą potencjałów, a jej wartość zależy od rodzaju stykających 

się metali oraz temperatury złącza. 

Napięcie kontaktowe Galvaniego 

Jeżeli  wykonamy  złącze  z  dwóch  różnych  metali,  to  na  złączu  powstanie  kontaktowa 

żnica potencjałów Galvaniego 

 

gdzie: E

F

 - energia Fermiego: e- to ładunek elektronu.  

żnica potencjałów Galvaniego zależy od temperatury złącza oraz różnicy koncentracji 

elektronów swobodnych w metalach A i B. Rys. 3b) 

Należy odróżnić napięcie kontaktowe Galvaniego od napięcia Volty. 

Napięcie Volty 

Napięcie Volty powstaje wówczas, gdy metale znajdują się blisko siebie, ale kontakt jest 

na  tyle  słaby,  że  elektrony,  aby  przejść  z  jednego  metalu  do  drugiego,  muszą  pokonać 

pracę  wyjścia.  W  próżni  odległość  między  metalami  może  być  duża  a  napięcie  Volty 

obserwowane  jest  między  innymi  w  lampach  próżniowych.  Napięcie  kontaktowe  Volty 

wynosi: 

e

U

B

A

V
AB

Φ

Φ

=

  

gdzie: 

Φ

A

 

Φ

B

 -oznaczają , odpowiednio, pracę wyjścia elektronu z metalu oraz B. Rys.1.3b 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

4

 

Rys.3.  Schematyczna  ilustracja  rozkładu  energii  elektronów  swobodnych  w  metalu  w 

temperaturze 0 K (a) oraz kontaktowej różnicy potencjałów Galvaniego oraz Volty (b). 

Jeżeli  utworzymy  obwód  przedstawiony  na  Rys.  2.  i  spowodujemy  powstanie  różnicy 

temperatur między spojeniami, to w obwodzie powstanie siła termo-elektryczna  

 

Dla niezbyt dużych różnic temperatur można przyjąć liniową zależność siły termoelektrycznej 

od temperatury  

 

Stała 

α

α

α

α  nosi  nazwę  współczynnika  termoelektrycznego.  Dla  złącza  wykonanego  dla  danej 

pary  metali  stała  ta  oznacza  wartość  siły  termo-elektrycznej,  gdy  różnica  temperatur 

pomiędzy spojeniami jest równa 1 K. 

Zjawisko termoelektryczne polegające na powstawaniu różnicy potencjałów na styku dwóch 

różnych metali jest wykorzystywane do budowy termopar. Jeżeli temperatury złącz różnią się 

między sobą T

1

 jest różne od T

2

, to między punktami C i D powstaje siła termoelektryczna E. 

Siła ta jest wypadkową różnicy potencjałów Galvaniego oraz Thomsona. Dla niezbyt dużych 

różnic  temperatur  między  złączami  możemy  złożyć,  że  siła  termoelektryczna  jest 

proporcjonalna do różnicy temperatur T

1

-T

2

 

Rys.1.4. Schemat  złącza-termopary 

 

  

Zjawisko Peltiera 

W kilkanaście lat po odkryciu Seebecka, J.Ch.Peltier 

zaobserwował  zjawisko  odwrotne  tzn.  wydzielanie  się  ciepła  na  złączu  dwóch  różnych 

materiałów  metalicznych  pod  wpływem  przepływu  prądu.  Zjawisko  to  nazwano  zjawiskiem 

Peltiera i stanowiło ono pierwsze praktyczne wykorzystanie zjawiska termoelektrycznego. 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

5

Zjawisko Peltiera, polega na wydzielaniu lub pochłanianiu ciepła Q

podczas przepływu 

prądu przez złącze dwóch różnych metali lub półprzewodników. Aby przenieść ładunek 

elektryczny q przez złącze, na którym występuje różnica potencjałów U

AB

, należy wykonać 

pracę 

                       L = q 

⋅U

AB

 

W celu utrzymania stałej temperatury złącza należy doprowadzić lub pobrać ciepło 

t

I

q

Q

p

p

p

Π

=

Π

=

 

gdzie:  Q

P  -

jest  ciepłem  Peltiera,  a 

Π

P

  -to  stała  Peltiera,  która  nie  zależy  od  natężenia  prądu 

płynącego przez złącze oraz powierzchni. 

Wartość  tej  stałej 

Π

P

  zależy  od  rodzaju  stykających  się  metali  (półprzewodników)  oraz 

temperatury złącza. 

Zmiana kierunku przepływu prądu powoduje zmianę kierunku przekazywania ciepła podczas 

przepływu prądu przez z łącze w jednym kierunku ciepło jest wydzielane, gdy prąd płynie w 

kierunku przeciwnym ciepło jest pobierane., więc Q

może być dodatnie lub ujemne. 

Jeżeli przez złącze płynie prą d o natężeniu I, to energia cieplna wydzielana lub pobierana w 

jednostce czasu (moc) określona jest równaniem 

I

dt

dQ

N

p

p

Π

=

=

 

W obwodzie, oprócz ciepła Peltiera, wydzielane jest ciepło Joule’a   Q=R

I

2

 

.  

Całkowita moc wydzielona w układzie jest sumą ciepła Joule’a oraz ciepła Peltiera. 

Zjawisko Thomsona 

Z kolei W. Thomson wykazał, że istnieje związek pomiędzy współczynnikiem Peltiera stałą 

Peltiera 

Π

p

 i współczynnikiem Seebecka  

:

gdzie

T

p

α

=

Π

 

α- współczynnik Seebecka [V⋅K

-1

T- temperatura bezwzględna [K] 

zatem Q =

Π

p

⋅I      lub Q =

α

⋅I⋅T 

Koncentracja  nośników  ładunku  elektrycznego  w  półprzewodnikach  zależy  znacznie  silniej 

od  temperatury  niż  w  metalach,  dlatego  siły  termoelektryczne  Peltiera  w  półprzewodnikach 

osiągają 

znacznie 

większe 

wartości 

niż 

metalach. 

Baterie 

termoogniw 

półprzewodnikowych  wykorzystywane  są  do  budowy  chłodziarek  pozwalających  uzyskiwać 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

6

temperatury rzędu 200 – 250 K, a także do bezpośredniego przetwarzania energii cieplnej na 

elektryczną. 

Wiadomo,  że  koncentracja  elektronów  zależy  od  temperatury.  Między  dwoma  punktami 

metalu  różniącymi  się  temperaturą  powstaje  siła  elektromotoryczna  nazywana  siłą 

termoelektryczną  Thomsona.  W  obwodzie  zamkniętym  zbudowanym  z  jednego  tylko 

metalu, suma sił elektromotorycznych jest równa zeru niezależnie od rozkładu temperatury w 

przewodniku.  Możemy  więc  stwierdzić,  że  różnica  potencja  łów  między  punktami  tego 

samego  metalu  zależy  wyłącznie  od  temperatur  T  tych  punktów,  a  nie  zależy  od  rozkładu 

temperatury pomiędzy tymi punktami. 

 

Współczynnik 

σ(Τ)−   nazywany  współczynnikiem  Thomsona  ma  wymiar  [V/K]  oznacza 

różnicę potencjałów powstającą między punktami przewodnika, których temperatura różni się 

o 1 K.  

Wzdłuż przewodnika , w którym płynie prąd i  występuje spadek temperatury, oprócz ciepła 

Joule’a wydziela się (lub  jest pochłaniana w zależności od kierunku przepływu prądu) pewna 

ilość ciepła (ciepło Thomsona). Ciepło Thomsona opisuje  więc równanie: 

 

t

I

)

T

T

(

Q

1

2

T

τ

=

 

gdzie: 

τ-współczynnik Thomsona zależny od rodzaju materiału; 

T

2

- temperatura jednego z połączeń; T

1

- temperatura drugiego z połączeń. 

Zjawisko to nosi nazwę zjawiska Thomsona. Współczynnik σ(T) uznaje się za dodatni jeżeli 

przepływ  prądu  od  punktu  o  temperaturze  wyższej  do  punktu  o  temperaturze  niższej 

powoduje wydzielanie ciepła, w przeciwnym przypadku przyjmuje się, że współczynnik jest 

ujemny.  Należy  zwrócić  uwagę  na  to,  że  wartość  współczynnika  Thomsona  zależy  od 

temperatury.  Efekt  cieplny  związany  z  przepływem  prądu  przez  złącza  metali  lub 

półprzewodników o różnych temperaturach jest sumą efektu Peltiera oraz efektu Thomsona. 

Maksymalna  różnica  temperatur,  jaka  można  osiągnąć  pomiędzy  połączeniami  dwóch 

przewodników  przez  które  przepływa  prąd,  z  których  jeden  jest  chłodzony,  a  drugi 

nagrzewany wynosi 

2

0

2

max

T

2

T

ρ

λ

α

=

 

gdzie :

λ- współczynnik przewodzenia ciepła [W⋅m

-1

⋅K

-1

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

7

ρ- oporność właściwa [Ω⋅m] 

T

0

- temperatura bezwzględna chłodniejszego połączenia. 

Zależność pomiędzy współczynnikiem Thomsona  a współczynnikiem Seebecka przedstawia 

równanie: 

T

dT

d

2

1

τ

τ

=

α

 

zależność ta można wytłumaczyć faktem, ze średnia energia kinetyczna elektronów biorących 

udział  w  przepływie  prądu  jest  różna  dla  różnych  materiałów  półprzewodnikowych.  Wzrost 

temperatury  w  przypadku  półprzewodników  wywołuje    zwiększenie  ilości  (  gęstości) 

elektronów  na  końcu  gorącym,  co  prowadzi  do powstania  strumienia  od  końca  gorącego  do 

końca zimnego. W efekcie tego zjawiska  na jednym z połączeń zgromadzony zostaje ładunek 

ujemny  (koniec  zimny),  zaś  na  drugim  końcu  ładunek  dodatni  (nieskompensowany). 

Powstająca różnica potencjałów wywołuje przepływ elektronów w przeciwnym kierunku ( od 

końca zimnego do końca ciepłego i w ten sposób ustala się stan równowagi. 

Działanie przyrządów termoelektrycznych może być przedstawione przy wykorzystaniu tylko 

jednego  z  parametrów  termoelektrycznych  -  współczynnika  Seebecka,  gdyż  wartość 

współczynnika Thomsona jest tak niewielka, ze jego wpływ może być pominięty. 

 

Aby  opisać  wszystkie  zjawiska  zachodzące  w  generatorach  termoelektrycznych  należy 

uwzględnić  efekt  ciepła  Joule’a  i  przewodnictwo  cieplne  materiałów.  Na  Rys.  5.  pokazano 

schemat złącza typu p-n w kontakcie ze źródłem ciepła i chłodnicą. przyjmując , ze długość 

elementu termoelektrycznego wynosi „L”, a obszar styku „a” oraz zakładając dodatkowo, że 

półprzewodniki  typu  p  i  n  charakteryzują  się  podobnymi  wielkościami  oporu  właściwego  i 

przewodności termicznej możemy określić moc cieplną H: 

T

L

a

a

L

I

T

I

H





+





=

κ

ρ

α

2

2

2

    

[ W]

     

α−współczynnik Seebecka [V/K] 

I-natężenie przepływającego prądu [A] 

T- temperatura [K] 

ρ- opór właściwy [Ω⋅m] 

L- długość [m] 

a-powierzchnia styku [ m

2

κ- współczynnik przewodzenia ciepła [W/m⋅K] 

∆T- różnica temperatur pomiędzy połączeniami[K] 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

8

 

Rys. 5. Schemat budowy a) pojedynczego elementu; b) modułu. 

Pierwszy  człon  równania  wynika  z  odwracalności  efektu  Peltiera.  Drugi  człon  przedstawia 

stratę  spowodowaną  ciepłem  Joule’a.  Ostatni  człon  jest  nieodwracalna  strata  ciepła 

spowodowaną przewodnością termiczną.  

W  generatorze  termoelektrycznym,  który  generuje  energie  elektryczna  różnica  temperatur 

pomiędzy powierzchnia górna i dolną połączonych części przyrządu sprawia, ze wytwarzana 

jest  energia  elektryczna.  Jeśli  generator  nie  jest  obciążony  oporem  R(  układ  rozwarty) 

zastosowane  źródło  ciepła  powoduje  powstanie  różnicy  temperatur,  która  zależy  od 

przewodności termicznej półprzewodników. W momencie, gdy prąd nie płynie- generator nie 

generuje  żadnej  mocy  stąd  pierwszy  i  drugi  człon  równania  ma  wartość  zero.  Zjawisko 

Seebecka  będzie  źródłem  napięcia  wytwarzanego  na  wyjściu  z  układu.  Gdy  układ  będzie 

zwarty-  przyłożony  zostanie  opór,  zacznie  przepływać  prąd.  Napięcie  Seebecka  jest  sumą 

dwóch spadków napięć: 

a)`wewnętrznego-na przyrządzie I

⋅R 

int.

- spowodowanego jego oporem wewnętrznym 

           

ρ

=

a

L

2

R

 

b) zewnętrznego -I

⋅R

Prąd  płynący  przez  generator  jest  ilorazem  napięcia  Seebecka  i  sumy  wewnętrznych    i 

zewnętrznych oporów. 

(

)

1

.

int

R

R

T

2

I

+

α

=

 

gdzie: 

α− współczynnik Seebecka [V/K] 

∆T- różnica temperatur [K] 

⋅R 

int.

- opór wewnętrzny [

Ω]; R

1- 

opór zewnętrzny[

Ω] 

Ten sam prąd jest źródłem efektu Peltiera, który „pompując” ciepło , prowadzi do obniżenia 

wewnętrznej różnicy temperatur. Część energii cieplnej wygenerowanej przez prąd Seebecka 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

9

jest zamieniana na ciepło Joule’a wewnątrz części przyrządu termoelektrycznego. Sprawność 

generatora  energii  jest  równa  ilorazowi  mocy  wyjściowej  I 

⋅R

1

  podzielonej  przez  energię 

cieplną, co przedstawia równanie. 

+

+

+





=

ε

1

2

1

2

1

max

T

T

ZT

1

1

ZT

1

T

T

T

 

gdzie: 

ε

max

- maksymalna sprawność generatora 

T

1

- temperatura jednego z połączeń [K]; T

2

- temperatura drugiego z połączeń [K] 

Z- współczynnik charakterystyczny materiałów termoelektrycznych [K

-1

Pierwszy człon jest sprawnością Carnot’a. drugi człon zawiera „T”- temperaturę, która jest 

ś

rednią temperatura modułu.  

„Z” jest wielkością charakteryzującą  półprzewodnikowe elementy termoelektryczne i 

stanowi ich miernik jakościowy 

ρ

κ

α

=

2

Z

 

gdzie: 

α− współczynnik Seebecka [V/K] 

ρ- opór właściwy [Ω⋅m] 

κ- współczynnik przewodzenia ciepła [W/(m⋅K)] 

Zjawiska termoelektryczne:  

Zjawisko Seebecka

 

– efekt powstawania różnicy potencjałów  elektrycznych na styku metali 

lub półprzewodników. 

Zjawisko  Peltiera–  gdy  efekty  cieplne  wywołuje  przepływ  prądu  przez  złącze  metali  lub 
półprzewodników. 

Zjawisko Thomsona

 

– gdy efekty cieplne towarzyszą przepływowi prądu przez przewodnik 

w którym występuje gradient temperatury. 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

10

I Wykonanie ćwiczenia:  

A. Charakterystyka napięciowa termoelementu 

1. Skompletuj układ, tak ja to zostało przedstawione na Rys.1. 

 

2.  Przyłącz  woltomierz  do  gniazda  termoelementu.  Skalę  woltomierza  ustaw  na  2V.  Włącz 

termometry. 

3. Do jednego z pojemników styropianowych wlej zimną wodę, tak aby był on napełniony w 

ok. 4/5. 

4.  Do  drugiego  z  pojemników  styropianowych  wlej  gorącą  wodę,  po  zagotowaniu  jej  w 

czajniku  elektrycznym.  I  ten  pojemnik  powinien  być  napełniony  w  ok.  4/5.  ZACHOWAJ 

OSTROŻNOŚĆ! NIE POPARZ SIĘ! 

5.  Uruchom  stoper.  Po  2  min  zapisz  w  Tabeli  3.1  temperaturę  zimnej  gorącej  wody  w 

pojemniku, gorącej wody w pojemniku i napięcie na zaciskach termoelementu odczytane na 

woltomierzu. 

6. Następne odczyty wykonaj po ok. : 

 

4, 6, 9, 12, 17, 23, 30 i 40 min 

od  momentu  wlania  gorącej  wody  do  pojemnika.  Wyniki  zapisz  w  następnych  pozycjach 

Tabeli 3. 1. 

7.  Wyjmij  element  termoelektryczny  z  pojemników,  postaw  go  ostrożnie  na  stole  i  wylej 

wodę z pojemników. Następnie włóż ponownie termoelement do pustych pojemników. 

 

Termometry elektroniczne 

Termoelement 

Gniazdo 
termoelementu 

Pojemnik 
styropianowy 

Rys.1.Układ pomiarowy 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

11

Tabela 3.1. Charakterystyka napięciowa termoelementu 

Czas t [min] 

T

1

 [

°C] 

T

2

 [

°C] 

T

1

 – T

2

 [ 

°C] 

Napięcie U [V] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B. Charakterystyka prądowo-napięciowa termoelementu 

1. Połącz układ zgodnie ze schematem na Rys.2. 

 

2. Zmienny opór nastaw na 

∞, skalę woltomierza na 2V, a amperomierza na 200 mA. 

3. Nalej zimnej wody do jednego z pojemników, a następnie gorącą wodę do drugiego z nich. 

Przykryj  pojemnik  z  gorącą  wodą.  Poczekaj  aż  temperatura  gorącej  wody  spadnie  do  ok. 

70

°C. 

4.  Zapisz  temperaturę  gorącej  i  zimnej  wody  w  Tabeli  3.2.    Odczytaj  napięcie  na  termo-

elemencie i prąd płynący w obwodzie i zapisz dane do Tabeli 3.2.  

5.  Przekręć  przełącznik  oporu  zmiennego  o  jedną  pozycję  w  lewo.  Odczytaj  wartość  oporu, 

napięcie i prąd i zapisz je do Tabeli 3.2. 

Termoelement 

Zmienne obciążenie

 

zewnetrzne 

Rys.2. Schemat układu elektrycznego do badania charakterystyki prądowo-

napięciowej termoelementu 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

12

6. Powtórz czynności z punku.5 aż do ostatniej wartości oporu.  Staraj się pomiary wykonać 

w  miarę  szybko,  aby  różnica  temperatur  w  trakcie  pomiaru  było  można  uznać  za  stałą. 

Odczytaj temperaturę gorącej i zimnej wody w momencie zakończenia pomiaru i wpisz ją do 

Tabeli 3.2. 

7. Przestaw wartość opóru zmiennego z powrotem na 

∞. 

8.Wylej wodę i włóż termoelement do pustych pojemników, tak jak to opisano w punkcie A7. 

Tabela 3.2. Charakterystyka prądowo-napięciowa termoelementu 

T

1

 [

°C] 

T

2

 [

°C] 

T

1

 – T

2

 [

°C]  Opór R[Ω] 

Prąd I [mA]  Napięcie U [mV] 

Moc N [mW] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C.  Charakterystyka pracy układu termoelement-silnik elektryczny 

1.Połącz układ zgodnie ze schematem na Rys.3 

2. Zakres woltomierza ustaw na 20 V a amperomierza na 10 A. 

3. Wlej zimną i gorącą wodę do pojemników 

4. Gdy silnik zacznie się obracać odczytaj temperatury gorącej i zimnej wody oraz napięcie na 

silniku i natężenie prądu płynącego przez silnik.  Zapisz dane w Tabeli 3.3. 

5.  Pomiary wykonuj co ok. 5 min. aż do zatrzymania się silnika.  Dane wpisuj do Tabeli 3.3. 

6. Po pomiarze wylej wodę i uporządkuj stanowisko 

background image

Ć

wiczenie 15. Odwracalne zjawisko termoelektryczne. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

 

 

13

 

 

T

1

[

°C] 

T

2

[

°C] 

T

1

 – T

2

 [

°C] 

Prąd  I[mA] 

Napięcie U [mV] 

Moc N [mW] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Opracowanie wyników 

1.  Sporządź  wykres  zależności  napięcia  termoelementu  od  różnicy  temperatur.    Czy  jest  to 

zależność liniowa? 

2.  Sporządź  wykresy  zależności  napięcia  i  mocy  termoelementu  od  prądu  płynacego  przez 

obwód  zewnętrzny.  Czy  zależność  prądowo-napięciowa  jest  liniowa?    Jeśli  tak,  oblicz 

oporność wewnętrzną termoelementu. 

3. Sporzadź wykres zależności mocy pobieranej przez silnik od różnicy temperatur. 

4. Uzasadnij wynik. 

v

Termoelement 

Silnik 

A

Rys.3. Układ do pomiaru charakterystyki pracy systemu termoelement-silnik elektryczny 

Tabela 3.3. Charakterystyka pracy układu termoelement-silnik elektryczny