I BD 05-03-29

1998\99

Krzysztof Rybak

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 22

Temat: Cechowanie termoogniwa

I Zagadnienia do samodzielnego opracowania:

1. Zjawisko kontaktowe metal-metal.

Między stykającymi się ośrodkami (dielektrykami) wytwarza się określona różnica potencjału, którą nazywamy napięciem kontaktowym. Powierzchnia styku o niższym potencjale ładuje się ujemnie, powierzchnia styku ośrodka o wyższym potencjale ładuje się dodatnio, czyli na powierzchni styku wytwarza się podwójna warstwa elektryczna. Powstawanie napięcia kontaktowego można tłumaczyć różnicą sił przyciągania ładunków dodatnich i ujemnych przez cząsteczki różnych ciał. W jednym ciele rodzaj cząstek jest ten sam w całym ciele i wobec tego ładunki są równomiernie przyciągane. W przypadku zbliżenia dwóch ciał na odległość działania sił międzycząsteczkowych, ciało, którego cząsteczki wykazują większą siłę przyciągania dla ładunków dodatnich, nagromadzi ich na swej powierzchni więcej niż drugie ciało, które dzięki temu będzie miało przewagę ładunków ujemnych. Wskutek nierównomiernego podziału ładunków na powierzchniach styku obu ciał wytwarza się różnica potencjałów, równoważąca działanie sił między cząsteczkowych obu ciał. Siły wywołujące tę różnicę potencjałów sa nazywane siłami elektromotorycznymi.

2. Siła termoelektryczna.

W zamkniętym obwodzie złożonym z dwóch z dwóch różnych metali płynie prąd elektryczny, jeżeli jedno miejsce styku jest ochłodzone, a drugie ogrzewane. Siła termoelektryczna jest proporcjonalna do różnicy temperatur styków. Połączoną w ten sposób parę metali nazywamy termoelementem. Najprostsze wytłumaczenie powstawania prądu termoelektrycznego można podać zakładając, że przy ogrzaniu zmienia się wartość napięcia kontaktowego stykających się metali.

Wykonanie ćwiczenia:

1. Połączyć układ wg schematu:

2. Złącza termopar umieścić w mieszaninie lodu z wodą. Temperatury T₁ i T₂ winny być takie same i wynosić 0⁰ C. Następnie stopniowo podgrzewając kąpiel złącza notować różnicę temperatur co 5⁰ C i odpowiadające mu jednocześnie wskazania miliwoltomierza

3. Korzystając ze wzoru

E = k (T₂ - T₁ )

obliczyć współczynnik termoelektryczny „ k ” oraz błąd Δk.

4. Narysować zależność E = f ( T ). Na wykresie zaznaczyć błędy pomiarowe ΔT i ΔE

T1	T2	T2 - T1	E	k	k śr	k
[ ^0C ]	[ ^0C ]	[ ^0C ]	[ mV ]	[mV / ^0C]	[mV / ^0C]	[mV \ ^0C]
0	0	0	0	-	0,043431	-
0	5	5	0,31	0,062	0,043431	0,0164
0	10	10	0,49	0,049	0,043431	0,0069
0	15	15	0,65	0,043333	0,043431	0,004222
0	20	20	0,84	0,042	0,043431	0,0031
0	25	25	1,03	0,0412	0,043431	0,002448
0	30	30	1,23	0,041	0,043431	0,002033
0	35	35	1,45	0,041429	0,043431	0,001755
0	40	40	1,67	0,04175	0,043431	0,001544
0	45	45	1,86	0,041333	0,043431	0,001363
0	50	50	2,07	0,0414	0,043431	0,001228
0	55	55	2,3	0,041818	0,043431	0,001124
0	60	60	2,5	0,041667	0,043431	0,001028
0	65	65	2,71	0,041692	0,043431	0,000949
0	70	70	2,95	0,042143	0,043431	0,000888
0	75	75	3,16	0,042133	0,043431	0,000828
0	80	80	3,38	0,04225	0,043431	0,000778
0	85	85	3,64	0,042824	0,043431	0,000739
0	90	90	3,85	0,042778	0,043431	0,000698

Współczynnik termoelektryczny „ k ” dla poszczególnych pomiarów obliczamy korzystając ze wzoru :

np.
.

.

Błąd miernika :

bezwzględny :

gdzie k - klasa dokładności miernika

ZP - zakres pomiarowy miernika

Błąd pomiaru napięcia

Błąd obliczeń współczynnika elektrycznego :

bezwzględny : ostatecznie

np.

gdzie przyjęto że ΔT = 1, natomiast T = ( T₂ - T₁ ) dla poszczególnych pomiarów.

Błąd ten obliczono dla każdego z pomiarów .

Wnioski :

Na podstawie wykonanego ćwiczenia możemy stwierdzić że napięcie panujące na termoogniwie jest wprost proporcjonalne do różnicy temperatur w których znajdują się poszczególne jego części. Błąd względny współczynnika termoelektrycznego Δk na którego wielkość wpływ mają błędy ΔT oraz ΔE, dla poszczególnych pomiarów mógłby mieć znacznie mniejszą wartość gdyby zastosowane zostały dokładniejsze przyrządy pomiarowe tj. dokładniejszy miliwoltomierz oraz termometry.

mA

Termometr T₁

Termometr T₂

woda z lodem

grzejnik

---