T2 „Termogenerator półprzewodnikowy - badanie zjawiska Seebecka”

Teoria

Zjawiska termoelektryczne polegają na powstawaniu efektów cieplnych pod wpływem procesów elektrycznych i odwrotnie - efektów elektrycznych pod wpływem procesów termicznych. Do zjawisk tych zaliczamy przede wszystkim: zjawisko Seebecka, zjawisko Peltiera i zjawisko Thomsona. Zjawisko Seebecka polega na powstawaniu przepływu prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym utworzonym z 2 różnych metali lub półprzewodników, których styki mają różne temperatury. W wyniku tej różnicy powstaje wypadkowa siła elektromotoryczna zwana siłą termoelektryczną dzięki której w obwodzie przepływa prąd. Zależy ona od rodzaju wykorzystanych materiałów i jest wyrażona wzorem:

U ≈ α(ΔT)

gdzie α nosi nazwę współczynnika Seebecka lub zdolności termoelektrycznej.

Wzory

U₀ = α(T_G - T_C)

U = 142α(T_G - T_C)

α = a / 142

U = a(ΔT)

U = IR + Ir_w

IR = U_R

U_R = -Ir_w + U

y = ax + b

U_R = aI + b

r_w = -a

U = b

Pomiary

TG [K]	TC [K]	ΔT = TG - TC [K]	U [V]
-	-	0	0
300	293	7	0,33
305	293	12	0,6
311	294	17	0,9
316	294	22	1,1
321	295	26	1,4
326	295	31	1,65
331	296	35	1,9
337	296	41	2,2

Pomiary wykonane zostały w temperaturach: T_G = 336 [K], T_C = 297 [K], ΔT = 39 [K]

I [A]	UR [V]		I [A]	UR [V]
0,06	2,00		0,24	1,50
0,08	1,95		0,26	1,40
0,10	1,90		0,28	1,35
0,12	1,85		0,30	1,25
0,14	1,80		0,32	1,20
0,16	1,70		0,34	1,15
0,18	1,65		0,36	1,10
0,20	1,60		0,38	1,00
0,22	1,55		0,40	0,90

Obliczenia

Współczynnik Seebecka:

α = a / 142

α = 0,05451 / 142

α ≈ 3,84*10^-4 [V/K]

Δα = Δa / 142

Δα = 0,00083 / 142

Δα = 0,06*10^-4 [V/K]

Opór wewnętrzny termogeneratora:

r_w = -a

r_w = 3,19 [Ω]

Δr_w = |Δa|

Δr_w ≈ 0,05 [Ω]

Napięcie nieobciążonego termogeneratora:

U = b

U = 2,22 [V]

ΔU = |Δb|

ΔU ≈ 0,01 [V]

Wyniki

α = (3,84 ± 0,06)*10^-4 [V/K]

r_w = 3,19 ± 0,05 [Ω]

U = 2,22 ± 0,01 [V]

Wnioski

1. Wyniki przeprowadzonych pomiarów w tabeli I i II były poprawne, gdyż współczynniki korelacji dla wykresów powstałych w oparciu o dane z tabel były zbliżone do 1 oraz rząd wielkości współczynnika Seebecka jest zgodny z podanym w układzie SI.

2. Współczynnik Seebecka i opór wewnętrzny są stałe dla termogeneratorów wykonanych z tych samych materiałów.

---